【康沃真空網】近日，國外熱處理設備品牌Seco/Vacuum將CaseMaster Evolution（CMe-D）雙室真空爐提供給多家電動汽車制造商，用于對齒輪進行真空滲碳和油淬火。
Seco/Vacuum屬于Seco/Warwick集團旗下的部門，CMe-D雙室真空爐其工作熱區為400×400×600mm。此型號真空爐有單獨的加熱室，零件會被加熱和滲碳；另配有一個淬火室，零件被浸油進行快速淬火。
CMe-D雙室真空爐已被證明是熱處理汽車零部件的首選真空滲碳爐。在保證零件高質量生產的同時，還可以滿足客戶的大規模生產需求。除此之外，Seco/Warwick與全球多家車企都有合作，其中就包括為中國工廠提供的用于冷卻電動汽車電池的可控氣氛釬焊設備。
齒輪與滲碳
眾所周知，齒輪是我們每一輛汽車傳動系統中最為重要的部分之一。齒輪的作用就是傳遞動力，同時還可以改變汽車的速度與方向。正是因為齒輪在汽車中的重要作用，就決定了我們在生產汽車齒輪時會有著較高的技術要求和較為復雜的技術工藝。
對于高速、重載精密齒輪，要求齒輪表面堅硬、耐磨，但同時又要滿足齒輪芯部有非常好的韌性。
然而材料的高硬度與高韌性本身是一對相矛盾的指標，于是，就有了高級齒輪最常用的工藝：滲碳。因為許多滲碳鋼工件的含碳量低，依靠簡單淬火無法實現齒輪表面達到很高的硬度，于是需要把齒輪放進滲碳爐，使齒輪表面滲進去一層高碳元素，達到所需硬度，進而滿足芯部堅韌、齒表面高硬度的兩個要求。而CMe-D雙室真空爐提供的真空滲碳技術，是滲碳的進階版本。
▲ CMe-D雙室真空爐設備參數
在歐洲、美國、日本等地，真空滲碳已經在汽車、機械、航空航天等領域獲得了廣泛的應用，呈現出逐漸替代可控氣氛滲碳的趨勢。尤其是在特定領域，真空滲碳更顯示出其卓越的性能。特殊部件用一般的可控氣氛滲碳加工是比較困難的，而真空滲碳卻可輕易地加以解決。
什么是真空滲碳
滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。
真空滲碳也叫低壓滲碳，是在低于大氣壓氛圍中進行氣體滲透，使碳原子滲入零件表層的化學熱處理工藝。它的整個過程與普通的氣體滲碳基本相同，由滲碳氣體的分解、活性碳原子的吸收、活性碳原子向內擴散三個過程組成，具體的流程包括零件清洗、裝料、進爐抽真空（≤2000Pa）、升溫及均熱（900～1000℃）、滲碳與擴散、熱處理等步驟。
根據各個階段工藝參數的不同，整個真空滲碳工藝可分為一段式、脈沖式、擺動式這幾種形式，真空度、溫度、滲碳時間等隨具體要求的不同，會發生相應變化。
▲ 滲碳、擴散脈沖過程：
T1：第一步乙炔時間
T2：第一步擴散時間
T3：終擴散時間
常用的滲碳氣體包括丙烷、甲烷、乙炔、天然氣等，為防止過程中產生炭黑，要求氣體純度大于96%，并可適當充入氮氣進行稀釋擴散。
滲碳氣體的流量以能使爐內壓力增加133.33Pa/s為宜，目前國內外真空滲碳熱處理中主要采用的滲碳介質為C3H8（丙烷）和C2H2（乙炔）。真空滲碳的溫度一般介于920～1080℃之間，具體的選擇根據需處理的零件的類別、形狀特點以及滲碳層深度來確定。
真空低壓滲碳無論是在工件滲碳后的組織和性能、工藝的靈活性、生產成本和環境保護等方面都有著無法比擬的優勢，它不需用CO和CO2等載氣，而是通過高的碳流量實現高效的碳轉移，使工件表層奧氏體中碳濃度快速飽和，有效地克服了普通氣體滲碳的缺點。相比于傳統的滲碳工藝，真空滲碳具有以下優勢：
丨真空滲碳技術處理過的產品表面凈化及活化效果好，滲碳速度快，滲碳時間約為普通滲碳的二分之一到三分之一
丨在真空中加熱，不存在其他異常滲碳氣體，因此不會產生氧化問題
丨滲碳過程在處理部件溫度均勻后，滲碳均勻
丨真空滲碳中22～29%的熱量用于加熱部件，普通滲碳只有6～10%，節能環保，熱效率高
真空滲碳設備的發展
真空滲碳設備根據用途不同，可分為多種類別：
丨根據設備配置處理室個數的要求，用戶可選擇單室、雙室、三室或多室爐
丨根據滲碳工件裝載方式的不同，用戶可選擇立式或臥式爐
丨根據淬火方式的不同，用戶可選擇油淬或氣淬爐
丨根據處理室功能的不同，用戶可選擇脫氣室、預熱室、滲碳室、碳氮共滲室、緩冷室或淬火室
丨根據生產量的大小，用戶可選擇周期式真空滲碳設備，也可以選擇生產線式的真空滲碳設備
▲ 國內某企業生產的臥式真空滲碳爐
美國Ipsen公司在20世紀50年代提出了真空滲碳，于1960年申請了專利。1968年美國Hayes公司首先在VCQ型油冷和氣冷兩用真空熱處理爐中添置了氣體滲碳裝置，進行了高溫滲碳試驗，于1972年取得了肯定效果，1974年6月公布VSQ型爐的研制成功。由此，真空低壓滲碳的諸多優點進入人們視線，引起企業關注和研發的興趣。
20世紀70、80年代，日本和歐洲公司相繼發明了以丙烷為滲碳介質的真空滲碳技術。20世紀90年代中期，Ipsen公司開發出用乙炔進行低壓滲碳的工藝，乙炔低壓滲碳解決了困擾真空滲碳廣泛應用多年的炭黑問題，使低壓滲碳技術發生了革命性的變化。
國內自20世紀90年代以來，由于真空低壓滲碳技術一系列的優點，真空滲碳在航空航天、汽車行業、船舶、兵器軍工、電子、模具等行業的應用越來越廣泛。尤其是汽車零部件制造領域，將會有越來越多的用戶選擇真空滲碳多用爐，真空滲碳技術在國內汽車工業領域會迅速發展。
▲ 齒輪的滲碳熱處理
中國熱處理行業“十三五”規劃中，明確把“真空熱處理”列為先進技術成果轉移和推廣重點內容的第一項工作，其中突出肯定了真空滲碳設備和工藝技術是國際“真空熱處理”的前沿技術，是真空熱處理發展的主要方向。
真空滲碳技術作為一種清潔熱處理技術得到推廣應用，成為最有潛力、可替代可控氣體滲碳的有效方法，有良好的發展前景。積極推廣真空滲碳高壓氣淬技術及裝備，有利于促進我國機械制造及環保事業的發展，對努力構建高效、清潔、低碳、循環的綠色制造體系具有重要意義。
