汽车齿轮稀土化学热处理共渗技术

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1．普遍存在的问题

(1)渗碳速度慢，生产效率低，能耗居高不下。

(2)渗碳温度高，碳势Cp高，导致金相组织差，碳化物、马氏体、残留奥氏体等级别偏高，且级别波动大，稳定性差。

(3)齿轮经热处理后尺寸畸变大，精度等级大幅下降，装配互换性变差，传动欠平稳、噪声大。

(4)性能差①表面存在黑色组织与非马氏体组织。②外表层残留奥氏体过多。③外表层硬度偏低，硬度分布曲线表面层低头现象普遍，导致耐磨性大幅下降，④齿轮接触疲劳性与耐磨性不高，导致齿面出现麻点剥落，造成早期疲劳失效损坏，这点在载重车与重型工程车辆中表现尤为突出。

采用稀土碳共渗技术

从技术角度而言，优质齿轮的生产是一个系统工程，生产流程各生产环节都存在各式各样的矛盾与问题。实践证明：齿轮质量的焦点集中表现在热处理后。

简言之，—股渗碳淬火后齿轮的精度由热处理前的4～5级精度，处坪后增至7～8级，尺寸与形状畸变急剧增大，齿轮装配的互换性变差，花键孔变形导致齿轮中心距偏移，传动过程产生振动和噪声将不可避免地增大，后果是汽车变速箱装配后肯定达不到标准；而齿轮的内在质量更是决定于齿轮热处理质量，例如行业规定，表面硬度58～62HRC，若表面存在黑色组织与非马氏体组织，势必影响齿面的承载能力、耐磨性及接触疲劳寿命，造成早期疲劳磨损而失效。齿向差的变形造成齿而受力偏载也可造成早期失效损坏。特别典型的载重车后桥终端传动螺旋锥齿传动付，当转弯或道路崎岖不平时，承受巨大冲击及滑动摩擦，极易产生冲击疲劳磨损与粘着磨损，这些问题导致集中暴露在热处理质量上，多年来一直是热处理的老大难问题，成为我国汽车生产质量的拦路虎与瓶颈。

稀土化学热处理共渗技术是20世纪80年代中期哈工大在材料科学领域中的一项重大科技发明，首次发现了稀土渗碳过程中的催渗作用与微合金化作用，先后申请相关发明专利8项，并获航天部科技成果一等奖一项“稀土对碳氮共渗过程的活化催渗及其在汽车拖拉机齿轮上的应用”(1986年)；国家发明二等奖“稀土特殊共渗热处理新技术”(1990年)。

本项技术具有如下独特的特性：

(1)在渗碳过程中提高渗速15％～30％，下限为严格对比，上限包括工艺参数优化；对氮化及软氮化提高30％～50％。

(2)可降低渗碳温度40～60℃，可在820～900℃温度下进行快速渗碳，完全取代碳氮共渗消除黑色组织及非马氏体组织，使工件变形的畸变大幅下降。

(3)改善组织，提高性能。稀土能与碳一起渗入到钢的表面层起微合金化作厢，稀土能作为碳化物形核核心，使其成为细小弥散颗粒状沉淀析出。它的存在阻碍马氏体切变长大，马氏体残留奥氏体成超细状态，所以稀土渗碳的过共析区的典型组织为：在超细隐晶马氏体与残留奥氏体的基体上分布着不同大小尺寸的细小弥散颗粒状碳化物。这种超细马氏体与残留奥氏体具有高强度、高韧性及高的断裂韧度，高的耐磨性与动态弯曲疲劳与接触疲劳寿命。

(4)提高生产效率及劳动生产率，明显降低能耗，从而降低生产成本。

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