汽车零件的热处理

汽车零件的渗碳热处理
渗碳热处理的主要目的是使零件获得良好的抗疲劳性能和耐磨性，保证零件使用性能的可靠性。采用渗碳淬火强化的热处理零件有：汽车驱动桥的差速器齿轮、变速器轴齿类零件、转向器轴齿件、发动机活塞销和齿轮零件等。
我国汽车齿轮用钢有：16MnCr5、20MnCr5、27MnCr5等Mn–Cr系列齿轮钢；SCM822H、SCM420H等Cr–Mo系列齿轮钢；20CrMnB（ZF7）、16CrMnB（ZF6）等Cr–Mn–B系列齿轮钢；20CrNiMo、22CrNiMo等Cr–Ni–Mo系列齿轮钢和20CrMnTiH系列齿轮钢。汽车齿轮钢材料技术标准一般要求淬透性带宽应控制在不大于7HRC，**齿轮钢要求淬透性带宽应不大于4HRC。齿轮钢的纯净度一般要求[O]≤2×10－5，高纯度齿轮钢要求[O]≤1.5×10－5，晶粒度要求等于或细于6级。
汽车零件的渗碳热处理装备主要有箱式多用炉，单排、双排以及多排连续炉，真空（低压）渗碳高压气淬炉等。十几年来，渗碳热处理技术发展的重要标志是传感技术和计算机技术在生产中的应用。对渗碳热处理工艺参数，如温度、时间、碳势、淬火过程以及动作程序完全自动控制，甚至可以根据零件的技术要求、材料牌号及特性等，系统可以自动生成工艺，实现智能控制。国内汽车零件渗碳汽车零件的渗碳热处理生产线的特点有：
（1）工业计算机对炉温、碳势、自动线动作程序的监控与数据自动采集。
（2）对自动线渗碳热处理工艺过程的自动跟踪与监控，实现渗碳工艺仿真与优化和零件渗碳质量的预测。
（3）对炉内温度、碳势和动作的实时显示及控制，系统故障自动诊断、显示及报警。
（4）生产工艺全过程在线自动显示、记录、保存、建档，建立可追踪的热处理质量管理系统。根据需要可以查询数月或数年前的生产记录。
近10年来，真空（低压）渗碳高压气淬或油淬在汽车零件热处理中得到推广应用。一般真空（低压）渗碳在小于2.7kPa的低压下进行，渗碳温度在880～980℃。
为适应更高真空渗碳的需要，开发了在1000～1100℃高温渗碳能够保证组织细化的新型齿轮钢。真空（低压）渗碳具有工艺时间大大缩短、原料消耗极少、零件变形小、热处理质量好、零件表面光洁、无污染的显着特点，是真正意义上的清洁、绿色热处理。
汽车零件调质热处理
汽车零件的调质热处理可分保护气氛调质热处理和一般调质热处理。保护气氛热处理能够保证零件在热处理过程中不会产生表面氧化、脱碳等缺陷，确保零件的表面质量。当调质处理后零件工作面需要后续加工时，采用一般热处理。根据零件的质量、大小，调质热处理装备有网带炉、铸链炉、料盘（料筐）推杆式炉、托架炉、悬挂式连续炉等。以汽车紧固件热处理为例，调质热处理技术的发展主要有以下几方面：
（1）炉型  由于辐射管加热和网带寿命的大幅度提高，国内标准件行业网带炉得到普遍应用。网带炉具有炉内布料、加热均匀，零件质量稳定，工作环境好等优点。特别对高强度螺栓热处理，采用网带炉使质量有了可靠保证。
（2）碳势控制技术的应用  碳势控制技术在保护气氛调质生产线上得到普遍应用。采用碳势控制技术使炉内碳势控制精度可达到±0.03%，保证了零件热处理质量。
（3）计算机技术的应用  通过计算机能够按照工艺设定自动完成工件的生产全过程，记录、保存工件生产中的各种工艺参数，具有完善的故障诊断、显示，**警示及连锁功能。
（4）快速淬火油和水基淬火介质的应用  快速淬火油的应用保证了高强度螺栓件的热处理内在质量。水基淬火介质的应用解决了零件淬油不硬、淬水开裂以及零件淬火变形的质量问题。
汽车零件的感应热处理
与一般炉内整体加热热处理相比较，感应热处理具有以下特点：
（1）根据产品性能要求只对零件表面或局部加热，实施表面或局部强化，因此是一种节能热处理。
（2）生产过程无污染，是清洁热处理。
（3）感应加热时间短、速度快，有利于淬火组织的细化，获得耐磨性、抗扭弯曲疲劳性能俱佳的强化效果。
（4）感应淬火装置可以方便安装在流水生产线上，便于生产管理，减少了物流成本。
（5）感应淬火生产节拍快、效率高，能够实现完全自动化。
感应热处理所具有的这些特点使得感应淬火技术在汽车零件生产中得到广泛应用。目前，实施感应淬火的汽车零件主要是传递动力转矩的汽车轴类零件，如曲轴、半轴、花键轴、传动轴、凸轮轴以及各种销轴类零件。
十几年来，感应电源也有了迅猛发展。现在，美、英、日、德、西班牙等工业发达国家生产的SIT、1GBT、MOSFET全固态晶体管电源已达几十种，产品规格齐全，体积小，电能转换效率可达92%以上，功率频率可以覆盖整个感应加热的领域。感应淬火机床正朝柔性化、自动化、智能化控制方向发展。具有零件识别、能量控制、工艺参数显示及故障诊断、显示、报警的感应淬火装置在生产中得到普遍应用。
锻造余热热处理
大部分汽车结构零件采用热锻成形工艺。如何利用锻造余热实施毛坯的热处理是节能的重要措施。如采用锻造余热等温退火、锻造余热淬火，可以获得利于后续加工所需要的组织和硬度，省去了再次加热热处理能耗，节能效果十分显着。利用锻造余热热处理的零件有各类齿轮毛坯、前轴、转向节、摇臂、花键轴、曲轴、连杆等。对齿坯的余热等温退火，为了保证锻造余热热处理的组织、硬度均匀性，需要严格控制终锻温度、中冷过程、等温温度等。对余热淬火的零件，为保证零件的强韧化性能，除了直接淬火工艺外，也可以采用预冷至550～650℃，完成珠光体转变后，再次加热至奥氏体化温度的方法。主要目的是细化组织，获得良好的强韧化性能。
免退火冷镦钢和非调质钢
一般冷镦钢为了保证冷成形性能，材料需要预先进行球化退火处理。所谓免退火冷镦钢，就是通过对冷镦钢化学成分的调整，轧制过程中控制轧制和冷却技术，使珠光体部分球化、变态，减小冷成形过程中的变形抗力，可以直接用于冷镦成形。由于免去球化退火，既有显着节能效果，又缩短了生产周期，是节能经济型新材料。
非调质钢由于钢中加入了微量强碳（氮）化物形成元素（V、Nb、Ti等），在锻造及锻后控冷过程中产生析出强化及晶粒细化作用，其强韧化性能可以达到或接近调质钢的水平，且省去了调质热处理工序，减少大量能耗并具有良好的加工性能，受到国内外许多汽车厂家的重视。如德国奔驰、大众汽车公司，瑞典Volvo汽车公司，英国Austin公司，美国G.M、福特汽车公司，意大利菲亚特汽车公司大量采用非调质钢制造发动机曲轴、连杆、前轴等重要零件。日本在非调质钢的研究及应用方面更是走在世界的前面，如日本三菱汽车公司的转向系统及传动系统所采用的热锻件几乎全部采用了非调质钢，日产、五十菱汽车公司曲轴、连杆几乎全部采用非调质钢制造。十几年来，东风汽车公司采用非调质钢生产曲轴、连杆、汽车前轴、转向节等零件，年用非调质钢数万吨，已累计生产曲轴、连杆、前轴等汽车零件有数百万件，取得显着的经济效益和社会效益。结语步入21世纪，新材料、新技术对热处理技术的升级改造，热处理技术发生了很多实质性的变革。热处理技术正在向高品质、更精密、更环保、高度智能化的方向发展。