近10年來，我國汽車工業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，每年以數(shù)百萬輛的速度遞增，已經(jīng)成為年產(chǎn)近2000萬輛乘用車、商用車、專用車的汽車制造大國，汽車行業(yè)早已成為國家支柱產(chǎn)業(yè)之一。
在汽車制造過程中，約70%～80%的零部件需要進行熱處理。熱處理是汽車制造過程中一道重要工序，發(fā)動機、變速器、中橋及后橋等重要零部件都需要經(jīng)過熱處理，以保證整車的安全性、可靠性和使用壽命。汽車零部件的精密化、低噪聲、長壽命要求，已經(jīng)成為汽車零部件加工的發(fā)展趨勢。
10年來，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)汽車零件熱處理工藝與裝備水平得到很大提高，先進的熱處理技術(shù)與裝備得到普遍推廣，真空加熱淬火、低壓真空滲碳、真空離子滲氮、高壓氣體淬火、保護氣氛熱處理、可控氣氛滲碳與碳氮共滲、激光熱處理、現(xiàn)代化感應(yīng)熱處理工藝等少無氧化熱處理，成為汽車零部件熱處理加工的主流。同時，智能化連續(xù)式滲碳自動生產(chǎn)線、密封箱式多用爐及其自動生產(chǎn)線、低壓真空滲碳和高壓氣體淬火設(shè)備、同步雙頻感應(yīng)熱處理設(shè)備及激光熱處理設(shè)備等得到廣泛應(yīng)用。由于這些先進熱處理裝備采用了先進的計算機技術(shù)（包括軟件技術(shù)），對熱處理生產(chǎn)（包括程序、工藝）過程進行自動控制，并采用先進的傳感器及其控制系統(tǒng)對熱處理工藝參數(shù)進行精確控制，從而大幅度提高了零件的熱處理質(zhì)量，使汽車零部件的內(nèi)在質(zhì)量接近或達到國際先進水平。
真空熱處理工藝和高壓氣體淬火工藝與裝備
真空熱處理具有一系列優(yōu)點：無氧化、無脫碳、表面質(zhì)量好，變形小，熱處理零件綜合性能優(yōu)異，使用壽命長，無污染，無公害，自動化程度高，因此在我國得到迅速發(fā)展。近年來，采用新的測試技術(shù)和計算機控制技術(shù)，使真空與可控氣氛熱處理技術(shù)不斷向程序化和自動化發(fā)展。以真空熱處理為主導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保、精密型熱處理工藝已經(jīng)成為當(dāng)今熱處理的發(fā)展方向之一。真空熱處理工藝包括真空加熱淬火、低壓滲碳淬火、低壓離子滲碳、真空離子滲氮等。真空熱處理設(shè)備有單室、雙室、三室及油淬、氣淬、油氣兩用淬火、高壓氣淬、超高壓氣淬真空爐和低壓滲碳高壓氣淬爐、多室低壓滲碳高壓氣淬半連續(xù)生產(chǎn)線等。
零件在奧氏體化溫度加熱后施加0.5～2MPa高壓氣體淬火，可達到靜止油或高速循環(huán)油甚至水的淬火效果，其z*大優(yōu)點是避免油淬產(chǎn)生的煙氣污染，處理后的零件表面清潔度高，無需后序清洗和清理拋丸工序。
鋼的氣體淬火有別于液態(tài)介質(zhì)淬冷機理，可實現(xiàn)自表面向內(nèi)層的均勻冷卻，因此氣體淬火變形小，可實現(xiàn)少無磨削。高壓氣體淬火采用氮氣、氫氣、氬氣及氦氣等，這些氣體排放到大氣中，沒有污染。而新的快速氣氛循環(huán)冷卻工藝是采用向冷卻室噴射高壓氣體，由計算機控制流速和流量的變化，以達到在特定時間內(nèi)的冷卻速度，從而實現(xiàn)熱處理過程中所要求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質(zhì)量。取代氮氣、氬氣、氦氣等氣淬方式，采用空氣強烈噴射，使零件在極快速度下冷卻，淬火后表面僅有極薄的氧化色膜，呈灰白色，零件色彩依然美觀，從而節(jié)約大量氮氣和惰性氣體，使熱處理成本進一步下降。該項工藝將成為高壓氣體淬火發(fā)展趨勢。
真空低壓滲碳與高壓氣淬相結(jié)合是當(dāng)今一種先進的滲碳淬火工藝，它具有滲碳速度快、碳化物組織優(yōu)良、淬火開裂和變形傾向小、節(jié)約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質(zhì)量好、有利于環(huán)保等優(yōu)點。
1.真空加熱淬火和高壓氣體淬火工藝與裝備
隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用模具的制造水平也得到了極大提高，模具制造的關(guān)鍵工序——熱處理技術(shù)也由原來的較低水平發(fā)展到國際水平，如真空加熱淬火技術(shù)、感應(yīng)淬火技術(shù)和激光淬火技術(shù)等，都得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。
在汽車生產(chǎn)中，幾乎所有的模具類型都會用到，如冷沖模、熱鍛模、冷鐓模、熱鐓模、壓鑄模和鑄塑模等。對我國汽車企業(yè)來說，隨著市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，原來的數(shù)十年一貫制車型，現(xiàn)改為一年內(nèi)上幾個車型。一般中型載貨汽車的改型需要模具4000多套，重量達2000t。目前汽車用模具熱處理廣泛采用真空爐加熱與油淬火，或采用0.6MPa以上的真空加熱高壓氣淬爐進行熱處理，以取代鹽浴爐，避免排放污染。同其他熱處理工藝相比，不僅模具熱處理變形小，沒有氧化脫碳，而且可以提高使用壽命1～3倍。
2.真空滲碳和高壓氣體淬火工藝與裝備
汽車零件的滲碳熱處理主要采用氣體滲碳工藝和真空滲碳工藝。氣體滲碳工藝由于其處理質(zhì)量優(yōu)異，成本較低，是目前汽車零件應(yīng)用z*廣泛的熱處理工藝之一。近十幾年來，真空滲碳工藝與設(shè)備在汽車工業(yè)中也得到了較多的應(yīng)用。低壓真空滲碳和高壓氣體淬火技術(shù)相結(jié)合，可以滿足轎車變速器、發(fā)動機零件等對熱處理高質(zhì)量的要求。
低壓真空滲碳爐是在真空爐的基礎(chǔ)上，根據(jù)真空滲碳的特點發(fā)展而來。與常規(guī)滲碳爐相比，低壓真空滲碳爐操作簡便；爐內(nèi)非常清潔，無炭黑；對環(huán)境無任何污染影響。另外，該爐型升溫速度快，開爐、停爐方便，并且節(jié)省電能，氣體消耗低。實際生產(chǎn)證明，其生產(chǎn)成本較常規(guī)滲碳明顯降低。與周期式真空滲碳爐相比，半連續(xù)式及連續(xù)式真空滲碳爐生產(chǎn)效率可分別提高25%和40%左右。半連續(xù)式及連續(xù)式低壓滲碳高壓氣淬自動生產(chǎn)線將成為高品質(zhì)汽車零件滲碳熱處理設(shè)備的發(fā)展趨勢之一。圖1為連續(xù)式低壓真空滲碳自動生產(chǎn)線。
圖1 連續(xù)式低壓真空滲碳自動生產(chǎn)線
目前，周期式低壓滲碳高壓氣淬爐、半連續(xù)式低壓滲碳生產(chǎn)線已在上海汽車工業(yè)集團、一汽集團、神龍汽車公司等得到應(yīng)用，用于載重汽車變速器及發(fā)動機零件、轎車發(fā)動機及自動變速器零件、主減速器太陽輪軸、重載汽車的齒套和齒輪等的熱處理。
低壓離子滲碳除具有低壓滲碳的優(yōu)點外，由于甲烷易分解，所以滲速更快。工件經(jīng)離子滲碳后可在真空爐中油冷淬火或高壓氣體淬火，達到高的滲碳質(zhì)量要求。其主要設(shè)備為真空離子滲碳爐，已在汽車工業(yè)得到應(yīng)用，例如以高功率、低油耗、靜音化為目的的鈦制汽車用發(fā)動機氣門的表面硬化處理等。
3.真空離子滲氮工藝與裝備
離子滲氮是以真空處理為基礎(chǔ)的高精度化學(xué)熱處理。該工藝處理溫度低，零件變形小，無氧化和化學(xué)污染，滲氮層無其他不必要的成分和結(jié)構(gòu)，表面硬度高，疲勞強度高，處理時間短，處理后無需研磨去除傳統(tǒng)滲氮常有的脆性“白亮層”，工藝成本低。因此，該工藝幾乎完全克服了傳統(tǒng)滲氮處理的缺點?，F(xiàn)用于各種汽車零部件的熱處理，包括曲軸、凸輪軸、轉(zhuǎn)向樞軸、齒輪、軸瓦、閥門、活塞棒、同步器環(huán)、計時器齒輪及鏈輪等，還用于各種工模具的熱處理。
