感應(yīng)熱處理逐步替代滲碳
當(dāng)今人類對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，我國已把環(huán)保作為一項(xiàng)基本國策，并開始推進(jìn)清潔生產(chǎn)，要求施行綠色熱處理，生產(chǎn)清潔產(chǎn)品。施行綠色熱處理，最根本的是為了人類的可持續(xù)發(fā)展。我們要做到自然資源的合理開發(fā)利用，同時(shí)做好自然資源的保護(hù)和環(huán)境的保護(hù)。對一個(gè)企業(yè)而言，要處理好發(fā)展與效益、發(fā)展與創(chuàng)新的關(guān)系，也要處理好發(fā)展與資源、發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系。
傳統(tǒng)的滲碳熱處理生產(chǎn)會形成較大環(huán)境污染，主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣、噪聲和消耗大量的可燃?xì)怏w及化學(xué)原料。同時(shí)，滲碳熱處理的加工周期長，變形量大，難以做到局部精確滲碳，這些都較大程度的制約了金屬零件的熱處理工藝技術(shù)的發(fā)展和我國裝備制造業(yè)的技術(shù)升級。
感應(yīng)加熱淬火由于加熱速度迅速，屬少無氧化加熱方式，同時(shí)感應(yīng)加熱淬火可以精確控制零件需要熱處理的區(qū)域及相應(yīng)的工藝指標(biāo)，加工周期短、適應(yīng)零件品種范圍廣、淬火變形量小等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)感應(yīng)器熱處理相比傳統(tǒng)的滲碳工藝加工產(chǎn)品工藝周期縮短90％；熱處理工件畸變小；熱處理能源利用率提高到80％；熱處理對環(huán)境影響減少到零；熱處理成本降低75％；取得高的生產(chǎn)率和利潤回報(bào)率；工作環(huán)境清潔，舒適和安全，當(dāng)今我公司的感應(yīng)熱處理裝備正在向自動化，集成化，柔性化和智能化的方向發(fā)展，逐步替代傳統(tǒng)的滲碳熱處理工藝。
替代滲碳工藝后成功推廣的零部件
滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25%)。滲碳后鋼件表面的化學(xué)成分可接近高碳鋼，滲碳工藝廣泛用于飛機(jī)﹑汽車和工程機(jī)械等的機(jī)械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸、球籠等，目前我公司的感應(yīng)熱處理設(shè)備已成功的應(yīng)用到了曲軸、凸輪軸、齒圈類零件、軸類零件、CVJ等感應(yīng)淬火領(lǐng)域，完全替代了這些零件的滲碳淬火工藝。
感應(yīng)熱處理設(shè)備還需提高
先進(jìn)的數(shù)字化加熱電源，可靠的控制，精確的測量傳感器，能實(shí)現(xiàn)精密控制的成套工程系統(tǒng)（包括儀器儀表、伐、泵，執(zhí)行動作元器件，計(jì)算機(jī)，軟件程序設(shè)計(jì)等）是確保感應(yīng)熱處理設(shè)備精確生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠的保證。
例如將感應(yīng)熱處理設(shè)備使其快速、高能密度能源應(yīng)用于具有類似齒輪的復(fù)雜表面工件的感應(yīng)熱處理成為可能，這將大大節(jié)省能源及降低變形量從而減少下一步工序的加工余量。同時(shí)將完全根據(jù)客戶的熱處理系統(tǒng)定制，可以把它放于整條生產(chǎn)線中作為熱處理單元使用，從而成為一個(gè)完整的生產(chǎn)鏈，與整個(gè)生產(chǎn)流水線成為一體，以適應(yīng)節(jié)省成本、節(jié)省時(shí)間和能源以及提高效率的一體化管理要求。這也是十堰恒進(jìn)科技有限公司正在努力的方向。
相應(yīng)工藝替代案例
（1）汽車上使用的轉(zhuǎn)向節(jié)（三柱槽殼）零件，傳統(tǒng)的都是采用整體滲碳的工藝方式來提高零件的表面硬度及力學(xué)性能，單件產(chǎn)品滲碳時(shí)間在15h以上，大大制約了汽車零部件廠家的生產(chǎn)效率，在2009年十堰恒進(jìn)科技有限公司的等速萬向節(jié)感應(yīng)淬火設(shè)備就成功的替代了此零件的滲碳淬火工藝，單件熱處理時(shí)間只需要35s（連續(xù)掃描淬火），一次淬火加熱時(shí)間不超過3s，與滲碳熱處理節(jié)能80%以上，其淬火后的質(zhì)量達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
（2）大齒圈零件齒淬火，傳統(tǒng)的都是滲碳工藝，單件產(chǎn)品的滲碳時(shí)間較長（一般都達(dá)24h以上），同時(shí)齒輪的變形量較大，廢品率較高，2007年我公司成功開發(fā)了國內(nèi)首創(chuàng)的1600mm整齒感應(yīng)淬火設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了單件產(chǎn)品的整齒感應(yīng)熱處理，加工時(shí)間只需5min，可適應(yīng)多規(guī)格的零件熱處理，為制造廠家節(jié)約了大量成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
（3）推土機(jī)內(nèi)齒圈滲碳淬火改感應(yīng)淬火工藝：內(nèi)齒圈原工藝為滲碳淬火，生產(chǎn)出的內(nèi)齒圈齒部收縮變形量大，造成工件廢品率高。
內(nèi)齒圈材料為20CrMnTi，硬化層深度1.8～2.4mm，表面硬度58～63HRC。該內(nèi)齒圈的主要工藝過程為：下料→鍛造→正火→粗車→精車→插齒→滲碳→拋丸→精車→淬火→回火；采用我公司1200kW晶體管電源及內(nèi)孔一次淬火感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)感應(yīng)器淬火工藝，采用感應(yīng)快速加熱工件、快速噴冷的工藝方法，減小齒圈變形。只對齒面進(jìn)行加熱，其他位置仍能保持較好的塑性，并且加熱時(shí)間非常短（40s左右），大大減小變形； 修改后的工藝路線：下料→鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→拋丸→精車→插齒→感應(yīng)淬火→回火。
效果對比：感應(yīng)淬火得到內(nèi)齒圈均達(dá)到制訂的熱處理要要求，與滲碳熱處理相比工件的表面硬度稍低，但硬化層深度較深，晶粒度及馬氏體級別相同，但是不含耐磨性較高的碳化物。經(jīng)過裝機(jī)驗(yàn)證，主機(jī)工作3000h后拆檢，內(nèi)齒圈磨損非常小，無任何問題，完全滿足要求。20CrMnTi材質(zhì)內(nèi)齒圈滲碳后高溫回火，以及二次加熱淬火后低溫回火所需時(shí)間為46h，45鋼材質(zhì)內(nèi)齒圈調(diào)質(zhì)，以及感應(yīng)淬火后低溫回火僅需要9.5h。感應(yīng)淬火工藝大大縮短了工件的制造周期，提高了生產(chǎn)效率。生產(chǎn)成本20CrMnTi鋼價(jià)格較45鋼高，采用45鋼可降低生產(chǎn)成本；滲碳熱處理需要消耗大量的電能、滲劑等，生產(chǎn)成本高，且排放廢氣污染環(huán)境；感應(yīng)熱處理只消耗少量的電能，無排放、無污染，是環(huán)保型技術(shù)，是熱處理行業(yè)重點(diǎn)推廣的節(jié)能、減排新技術(shù)。
感應(yīng)熱處理代替滲碳件還需考慮四點(diǎn)
（1）學(xué)習(xí)交流與技術(shù)合作，推廣感應(yīng)熱處理在金屬零件熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用及認(rèn)知度，尤其是在特殊行業(yè)里需要制造企業(yè)和感應(yīng)熱處理廠家進(jìn)行良好的合作，對傳統(tǒng)的滲碳淬火工藝進(jìn)行改進(jìn)，用感應(yīng)熱處理設(shè)備替代滲碳設(shè)備，減少能源消耗和環(huán)境污染。
（2）工藝方式的限制問題，當(dāng)前有很多企業(yè)對熱處理的工藝方式都做了明確的規(guī)定，只能采取滲碳淬火工藝，這就極大的制約了感應(yīng)熱處理設(shè)備替代滲碳工藝的步伐。
（3）技術(shù)及資金的支持，感應(yīng)熱處理裝備是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尤其是在熱處理工藝指標(biāo)要求較高的領(lǐng)域，高端技術(shù)人才和資金欠缺也是當(dāng)前制約感應(yīng)熱處理設(shè)備向高端、智能化方向發(fā)展的因素。需要國家在資金投入和人才培養(yǎng)、引進(jìn)方面加大力度，以加快感應(yīng)淬火工藝替代傳統(tǒng)滲碳淬火工藝的進(jìn)程。
（4）需要用戶多探索感應(yīng)淬火工藝在傳統(tǒng)滲碳工藝的應(yīng)用，逐步或部分取代傳統(tǒng)工藝。同時(shí)希望國內(nèi)鋼鐵企業(yè)多開發(fā)用于感應(yīng)淬火取代滲碳淬火的新材料。
結(jié)語
節(jié)省能源、保護(hù)資源和環(huán)境是我們永恒的目標(biāo)。感應(yīng)熱處理設(shè)備智能化、集成化是我們努力的方向。“綠色、節(jié)能、環(huán)保”對于制造業(yè)而言，不僅僅是責(zé)任，更需要我們所有人的努力，而降低能耗是熱處理行業(yè)發(fā)展和提高競爭優(yōu)勢的雙贏手段。
十堰恒進(jìn)科技研發(fā)制造的智能化感應(yīng)熱處理裝備，不斷投放市場并取代了部分滲碳熱處理工藝，通過公司近年來對高新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用將能更好地節(jié)約能源和更好地保護(hù)我們的生態(tài)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)“綠色生產(chǎn)”，為用戶創(chuàng)造更大的價(jià)值，為民族的裝備制造業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。
作者：周祥成
單位：十堰恒進(jìn)科技有限公司董事長
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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