【康沃真空網(wǎng)】近日，國外熱處理設(shè)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(jìn)行真空滲碳和油淬火。
Seco/Vacuum屬于Seco/Warwick集團(tuán)旗下的部門，CMe-D雙室真空爐其工作熱區(qū)為400×400×600mm。此型號真空爐有單獨(dú)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(jìn)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(zhì)量生產(chǎn)的同時，還可以滿足客戶的大規(guī)模生產(chǎn)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(shè)備。
齒輪與滲碳
眾所周知，齒輪是我們每一輛汽車傳動系統(tǒng)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?yàn)辇X輪在汽車中的重要作用，就決定了我們在生產(chǎn)汽車齒輪時會有著較高的技術(shù)要求和較為復(fù)雜的技術(shù)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(biāo)，于是，就有了高級齒輪最常用的工藝：滲碳。因?yàn)樵S多滲碳鋼工件的含碳量低，依靠簡單淬火無法實(shí)現(xiàn)齒輪表面達(dá)到很高的硬度，于是需要把齒輪放進(jìn)滲碳爐，使齒輪表面滲進(jìn)去一層高碳元素，達(dá)到所需硬度，進(jìn)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(shù)，是滲碳的進(jìn)階版本。
▲ CMe-D雙室真空爐設(shè)備參數(shù)
在歐洲、美國、日本等地，真空滲碳已經(jīng)在汽車、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)出逐漸替代可控氣氛滲碳的趨勢。尤其是在特定領(lǐng)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(jīng)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(jìn)行氣體滲透，使碳原子滲入零件表層的化學(xué)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?xì)怏w的分解、活性碳原子的吸收、活性碳原子向內(nèi)擴(kuò)散三個過程組成，具體的流程包括零件清洗、裝料、進(jìn)爐抽真空（≤2000Pa）、升溫及均熱（900～1000℃）、滲碳與擴(kuò)散、熱處理等步驟。
根據(jù)各個階段工藝參數(shù)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(fā)生相應(yīng)變化。
▲ 滲碳、擴(kuò)散脈沖過程：
T1：第一步乙炔時間
T2：第一步擴(kuò)散時間
T3：終擴(kuò)散時間
常用的滲碳?xì)怏w包括丙烷、甲烷、乙炔、天然氣等，為防止過程中產(chǎn)生炭黑，要求氣體純度大于96%，并可適當(dāng)充入氮?dú)膺M(jìn)行稀釋擴(kuò)散。
滲碳?xì)怏w的流量以能使?fàn)t內(nèi)壓力增加133.33Pa/s為宜，目前國內(nèi)外真空滲碳熱處理中主要采用的滲碳介質(zhì)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(jù)需處理的零件的類別、形狀特點(diǎn)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(chǎn)成本和環(huán)境保護(hù)等方面都有著無法比擬的優(yōu)勢，它不需用CO和CO2等載氣，而是通過高的碳流量實(shí)現(xiàn)高效的碳轉(zhuǎn)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(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的滲碳工藝，真空滲碳具有以下優(yōu)勢：
丨真空滲碳技術(shù)處理過的產(chǎn)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?xì)怏w，因此不會產(chǎn)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(jié)能環(huán)保，熱效率高
真空滲碳設(shè)備的發(fā)展
真空滲碳設(shè)備根據(jù)用途不同，可分為多種類別：
丨根據(jù)設(shè)備配置處理室個數(shù)的要求，用戶可選擇單室、雙室、三室或多室爐
丨根據(jù)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(jù)淬火方式的不同，用戶可選擇油淬或氣淬爐
丨根據(jù)處理室功能的不同，用戶可選擇脫氣室、預(yù)熱室、滲碳室、碳氮共滲室、緩冷室或淬火室
丨根據(jù)生產(chǎn)量的大小，用戶可選擇周期式真空滲碳設(shè)備，也可以選擇生產(chǎn)線式的真空滲碳設(shè)備
▲ 國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的臥式真空滲碳爐
美國Ipsen公司在20世紀(jì)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(jìn)行了高溫滲碳試驗(yàn)，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(yōu)點(diǎn)進(jìn)入人們視線，引起企業(yè)關(guān)注和研發(fā)的興趣。
20世紀(jì)70、80年代，日本和歐洲公司相繼發(fā)明了以丙烷為滲碳介質(zhì)的真空滲碳技術(shù)。20世紀(jì)90年代中期，Ipsen公司開發(fā)出用乙炔進(jìn)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(yīng)用多年的炭黑問題，使低壓滲碳技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。
國內(nèi)自20世紀(jì)90年代以來，由于真空低壓滲碳技術(shù)一系列的優(yōu)點(diǎn)，真空滲碳在航空航天、汽車行業(yè)、船舶、兵器軍工、電子、模具等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是汽車零部件制造領(lǐng)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(shù)在國內(nèi)汽車工業(yè)領(lǐng)域會迅速發(fā)展。
▲ 齒輪的滲碳熱處理
中國熱處理行業(yè)“十三五”規(guī)劃中，明確把“真空熱處理”列為先進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)移和推廣重點(diǎn)內(nèi)容的第一項(xiàng)工作，其中突出肯定了真空滲碳設(shè)備和工藝技術(shù)是國際“真空熱處理”的前沿技術(shù)，是真空熱處理發(fā)展的主要方向。
真空滲碳技術(shù)作為一種清潔熱處理技術(shù)得到推廣應(yīng)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(fā)展前景。積極推廣真空滲碳高壓氣淬技術(shù)及裝備，有利于促進(jìn)我國機(jī)械制造及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，對努力構(gòu)建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色制造體系具有重要意義。
