用感应淬火取代渗碳渗氮是节能环保的重要进步

用感应淬火取代渗碳渗氮是节能环保的重要进步

杨帆，上海恒精机电设备有限公司工艺主管

感应淬火技术自发明以来，由于其生产过程节能环保、生产成本较低等优点，深受到热处理工程师的青睐。不断地用其取代传统的热处理工艺，例如调质、渗碳、渗氮等。在取代以渗碳为代表的化学热处理方面尤其效益明显。之所以如此，因渗碳等化学热处理工艺均为表面强化技术，工艺成本昂贵。感应淬火感应也是表面强化技术，而工艺成本低廉。现代感应热处理工程师的重要任务，仍然是做“取代”工作。表1是高（中）频感应淬火与渗碳等化学热处理工艺的能耗比较。

大（中）模数齿轮、汽车转向球头销等零件传统热处理工艺是渗碳，现在已经被高（中）频感应淬火取代了。各种柴油机的曲轴、传统热处理工艺是调质后再氮化，现在大多数曲轴采用中频感应淬火了。汽车玻璃升降器齿板以及座椅齿板传统工艺是碳氮共渗（氰化），现在已被高频感应淬火取代了。所有这些“取代”都取得了良好的经济效益和社会效益。

用感应淬火取代渗碳

大（中）模数的齿轮历来的热处理工艺是渗碳。渗碳的工艺时间长，生产效率低，费用昂贵，生产环境恶劣，故渗碳是热处理工程师极想改进、取代的工艺。

恒精公司开发了大（中）模数的齿轮感应淬火技术。图1是大型风电轴承圈齿轮（M20）的淬火层分布照片，该齿轮的材料为42CrMo，齿底淬火层2.5~3.5mm，齿面淬火层3.5~4.5mm，齿面硬度56~60HRC，完好地取代了渗碳。图2是中型模数齿轮（M6），材料40Cr，毛坯调质，齿部高频感应淬火，淬火一只齿轮只用几分钟的时间，加工成本低廉，性能满足要求。

载重汽车的转向拉杆球头销和上下臂控制球头销，其传统材料是20CrMnTi，热处理工艺是渗碳淬火，仅球部局布淬硬，使其具有很高的耐磨性。而颈部要有良好的塑性和韧性，以增加球头销的安全性；M22螺纹在渗碳淬火后具有良好的可加工性。故颈部和螺纹部分不能渗碳，要进行镀铜保护，或涂防渗碳剂处理，致使工艺十分复杂，先后有8道工序，生产成本很高，感应淬火可以局部淬火。本文另一作者林信智在20世纪60年代末期开始了45钢球头销感应淬火工艺及零件性能研究，并获得良好力学性能（见表2），球头销感应淬火工艺方法在70年代正式用于生产。这一工艺进步成了国内行业的典范。目前国内生产的各种球头销几乎全部采用感应淬火工艺，仅恒精公司开发的感应淬火球头销在十种以上。

球头销用感应淬火替代渗碳淬火，具有巨大的经济效益，按当时价格计算，解放牌中型载重车的球头销，仅材料成本和工艺成本，每辆车下降6.0元左右。

恒精公司开发了球头销感应淬火技术，图3为球头销淬火层照片。

载重汽车转向螺杆，目前国内基本采用20CrMnTi材料，渗碳淬火。近期恒精公司开发成功全自动化的转向螺杆感应淬火技术，并向某外企供货。图4为转向螺杆感应淬火层的分布照片。

图1 M20齿轮的淬火层分布

图2 M6齿轮的淬火层

图3> 球头销感应淬火层照片

图4 转向螺杆感应淬火层分布

表1 高、中频淬火与传统热处理工艺能耗比较

用感应淬火取代氮化

表2 球头销中频淬火和渗碳淬火的多次冲击性能比较

曲轴材料一般是用中碳合金钢或中碳钢，原始的热处理工艺是调质，后因轴颈耐磨性差，疲劳强度低，因而又增加了氮化。但调质加氮化处理的曲轴使用寿命仍然较短、氮化时间很长、生产效率很低等，对于这些缺点人们很不满意。20世纪中期发明感应淬火后，感应淬火首先对曲轴轴颈淬火，使曲轴热处理工艺大为简化，耐磨性有所提高。后来又发明了曲轴轴颈及圆角同时感应淬火技术，使曲轴的疲劳强度达到空前的水平，曲轴寿命明显提高（见图5）。当然，由于氮化温度较低，也具有曲轴变形小等优点，所以曲轴调质加氮化的工艺现在仍有应用。轴颈及圆角同时感应淬火的曲轴变形较大，一般中间跳动1mm左右，采用合适方法回火，这种变形也是可以消除的。

恒精公司开发成功各种曲轴圆角感应淬火技术。图6是大型载重汽车柴油机曲轴圆角淬火的照片。图7是小型通用柴油机曲轴圆角淬火的照片。

结语

用感应淬火取代渗碳等化学热处理工艺，是节能环保的重要进步，也是感应热处理工程师的重要课题。开发先进的感应淬火工艺是“取代”成功的保证。

图5 三种曲轴热处理工艺对疲劳强度的影响

图6 大型载重汽车柴油机曲轴连杆轴颈圆角淬火照片

图7> 小型通用柴油机曲轴圆角淬火的照片