汽車齒輪熱處理工藝的研究

程正翠

（安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 合肥 230051）

0.前言

眾所周知，齒輪是我們每一輛汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中最為重要的部分之一。齒輪的作用就是傳遞動(dòng)力，同時(shí)還可以改變汽車的速度與方向，由此我們可以發(fā)現(xiàn)齒輪的重要性。正是因?yàn)辇X輪在汽車中的重要作用，就決定了我們在生產(chǎn)汽車齒輪時(shí)會(huì)有著較高的技術(shù)要求和較為復(fù)雜的技術(shù)工藝。我們需要清醒的認(rèn)識(shí)到，國內(nèi)的汽車齒輪制造工藝與質(zhì)量，同發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品兩相比較尚存在不小的差距。因此，我們十分有必要先對(duì)汽車齒輪的熱處理工藝有充分的認(rèn)知。

1.汽車齒輪熱處理工藝概述

通常我們的汽車齒輪生產(chǎn)，一般是采用低碳合金滲碳鋼進(jìn)行生產(chǎn)。汽車齒輪的制造工序大致上會(huì)有以下幾個(gè)步驟：第一步是進(jìn)行齒輪毛坯的鍛坯，第二步是進(jìn)行預(yù)先熱處理；第三步是切削加工；第四步是滲碳猝火；第五步是精加工等多次冷熱加工工序。通過上述制造流程就會(huì)獲得具有較高硬度的表面，同時(shí)齒輪的心部韌性也會(huì)較好。以上的制造工藝會(huì)使得齒輪具有以下幾個(gè)品質(zhì):一是具有較強(qiáng)的耐磨性，二是具有較強(qiáng)耐疲勞性；三是具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。

1.1 預(yù)先熱處理工藝

在汽車齒輪制造過程中，預(yù)先熱處理工藝是一項(xiàng)較為重要的生產(chǎn)步驟。預(yù)先熱處理工藝是為了使得汽車齒輪鍛造的毛坯擁有較好的鍛件表面硬度，以此作為第二次熱處理的前提。目前，大部分傳統(tǒng)的預(yù)先熱處理的工藝方式是采用了正火處理。這種工藝方式最大的優(yōu)處就在于，它對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較低，不需要大型加工設(shè)備，而且生產(chǎn)單品的能耗較少，也不需要過于復(fù)雜的工藝要求。因此，正火處理工藝在生產(chǎn)中運(yùn)用較為廣泛。然而，這種處理工藝也有不少的弊端，就是會(huì)使得汽車齒輪鍛造坯的強(qiáng)度不夠，有可能還會(huì)出現(xiàn)變形的情況。

1.2 滲碳工藝

滲碳工藝在汽車齒輪生產(chǎn)中的運(yùn)用較為廣泛，它的作用在于可以使得齒輪具有非常好的綜合力學(xué)性能。據(jù)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前全世界主流的汽車生產(chǎn)商在生產(chǎn)汽車齒輪時(shí)都是采用了滲碳工藝，而且是通過氣體滲碳的方式。氣體滲碳是一種常見的表面硬化工藝處理，它可以使得低碳鋼生產(chǎn)的性能達(dá)到較好的水平。大多數(shù)汽車生產(chǎn)廠家已經(jīng)可以通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，全程控制滲碳的深度，以及表面硬度。如此以來，就可以生產(chǎn)出最佳性能的滲碳層深度，又可以在很大程度上避免變形，或者減小變形的幅度。

1.3 碳氮共滲工藝

滲碳共滲工藝是為了保證在特定的時(shí)間內(nèi)，盡可能有效的提高滲透層的深度，從而獲得較高的硬度，又可以保證奧氏體晶力細(xì)小，還可以在很大程度上降低零件變形的概率；與此同時(shí)還可以大幅提高齒輪的強(qiáng)度，以及提高齒輪的耐磨性能。這種工藝技術(shù)是由我國哈爾濱北方特種車輛制造有限公司在生產(chǎn)中反復(fù)試驗(yàn)與研究中得出的，起先是將其應(yīng)用在生產(chǎn)坦克的齒輪上，隨后才從軍用齒輪推廣到民用汽車齒輪之上，最終向全國進(jìn)行了廣泛推廣應(yīng)用。

1.4 滲氮工藝

傳統(tǒng)熱處理工藝中還有一種方式是滲氮工藝，但是其作用具有一定的爭論與質(zhì)疑。它的質(zhì)疑主要是在于滲氮的齒輪的承載能力上，由于這個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)上長期不能達(dá)成共識(shí)，進(jìn)而影響到了這個(gè)工藝的大范圍的推廣。但是，隨著滲氮工藝的優(yōu)點(diǎn)逐漸顯露，也得到了各主要汽車齒輪生產(chǎn)廠家的青睞。它最重要的優(yōu)點(diǎn)是，溫度要求相對(duì)較低，鍛造坯的畸變較小，同時(shí)加工工藝的程序較少，從而降低了單位生產(chǎn)的成本。

1.5 感應(yīng)淬火

在汽車齒輪制造的早期，我們大部分都是采用感應(yīng)猝火的方式生產(chǎn)。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)主要是生產(chǎn)效率較高，工件變形的概率較小，而且生產(chǎn)時(shí)的單位能耗較低，最主要還較為容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。正是有了以上諸多優(yōu)點(diǎn)，感應(yīng)猝火制造工藝的技術(shù)得到了大面積的應(yīng)用。這種制造工藝的生產(chǎn)效率比較高，工件畸變的情況較少，對(duì)環(huán)境造成的污染損害較低，也已經(jīng)上了大規(guī)模的生產(chǎn)線。

2.汽車齒輪熱處理主流工藝

上個(gè)世紀(jì)80年代中后期，我國的汽車齒輪工業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。同時(shí)，汽車齒輪的工藝要求愈發(fā)提高，技術(shù)參數(shù)的要求更加的嚴(yán)格，對(duì)于齒輪熱處理的工藝提出了更多的要求。由于市場的需求，推動(dòng)了各汽車生產(chǎn)廠家不斷革新技術(shù)，汽車齒輪的工藝技術(shù)也逐漸趕上了西歐等主要汽車生產(chǎn)廠家的工藝水平。我們也不斷引進(jìn)新的熱處理工藝的技術(shù)，引進(jìn)并進(jìn)一步消化吸收，縮短了齒輪制造工藝的差距。以下幾種汽車齒輪熱處理工藝是具有廣泛市場應(yīng)用前景的技術(shù)。

2.1 激光淬火

近年來，激光猝火得到大面積的推廣應(yīng)用。它的特點(diǎn)集中表現(xiàn)在工件變形的幅度小，猝火區(qū)域的晶粒細(xì)小而且較為均勻，采用激光猝火工藝的生產(chǎn)環(huán)境十分潔凈，同時(shí)這種技術(shù)處理后的齒輪不再需要進(jìn)一步進(jìn)行精加工。采用激光猝火生產(chǎn)的齒輪的力學(xué)性能具有獨(dú)特效果。

2.2 低壓真空滲碳

現(xiàn)在，低壓真空滲碳工藝也日益受到汽車齒輪生產(chǎn)廠的青睞。低壓真空滲碳工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以使得工件表面不會(huì)被氧化，對(duì)于環(huán)境造成的損害可以忽略不計(jì)，而且由于它與氣體猝火相結(jié)合時(shí)變形的情況會(huì)有大幅度的改善。與此同時(shí)，采用提高滲碳溫度還可以進(jìn)一步減少處理時(shí)間,而且還可以對(duì)工件生產(chǎn)所消耗的氣體與能量進(jìn)一步降低。這種工藝已經(jīng)在多個(gè)知名汽車生產(chǎn)廠家中得到應(yīng)用，比如在國際知名汽車品牌歐寶公司中就采用了這種工藝技術(shù)的生產(chǎn)線，已經(jīng)使用于M20-32 變速器的開發(fā)生產(chǎn)中。

2.3 稀土共滲技術(shù)

所謂稀土工滲技術(shù)，就是指將稀土滲入到鋼材的表面層內(nèi)，從而起到微合金的作用，可以細(xì)化組織，同時(shí)還可以提高齒輪的性能，具有較好的使用效果。這種工藝可以在很大程度上延長磨具的使用壽命，采用這種工藝生產(chǎn)的齒輪符合齒輪金的相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，較大幅度的提高了齒輪的合格率，從而就大幅度的降低了客戶的退貨率。

3.結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的汽車制造工藝已經(jīng)接近世界的領(lǐng)先水平，制造工藝也日益提高。尤其是我國汽車齒輪熱處理工藝得到了快速發(fā)展，滿足了我國日益龐大的高端齒輪的市場需求。這主要得益于，一方面我們大力引進(jìn)西歐等國家的先進(jìn)技術(shù)，直接引進(jìn)生產(chǎn)線，縮小代際間的差異；另一方面，我國各高等院校與科研院所加大培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才，各主要汽車廠商不斷增加研發(fā)的力度，攻克了齒輪制造工藝中的大部分的技術(shù)難題。從而，我們的汽車齒輪制造工藝得到了大幅度的提高，滿足了市場的需求，解決了高端汽車齒輪的需求。