以高压气体淬火代替油淬火

单位：哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司

工件在奥氏体化温度加热后施加0.5~2MPa高压气体淬火可达到静止油或高速循环油甚至水的淬火效果，目前可部分采用高压气体淬火代替油淬火。其最大优点是避免油淬产生的烟气污染，而且可免去常规碱液清洗工序和含油液体的排放问题。处理后的零件表面清洁度高，无需后续清洗和喷丸清理工序，无SO2、CO排放问题，因此属于清洁热处理技术。

气体淬火最大的特点是淬火无蒸汽膜阶段，工件整个淬火过程传热更为均匀，畸变规律性更强。

气淬一直用于高淬透性高件的淬火，近年来已将其应用领域扩展到普通油淬或水溶液淬火的钢种。

1.高压气淬用气体

工件在真空炉加热或低压渗碳（碳氮共渗）后，采用高压N2、He、H2进行气体淬火。通过循环使用N2、He、H2的气冷系统，从而大大提高了冷却能力。高压气体淬火易于通过计算机程序控制气体流速、压力和流向，改变气体的冷却特性，使工件冷却均匀，马氏体转变区使用小风量，从而减小工件淬火畸变。

钢件渗碳后在气体中冷却比在液体中冷却的均匀，因此淬火畸变也小。批量的合金钢渗碳件在气体中冷却要达到油淬的冷速，必须使气体保持在1MPa以上压力，而且尚需具备良好的气体本身的热交换（冷却）和流动循环条件。各种气体的传热性能有很大差别，氢气（H2）的传热性最好，其次是氦气（He），再次是氮气（N2）。N2冷却性能虽差，但价格最低，因此目前多采用N2进行高压气淬。

国际上已经普及0.5~0.6MPa的高压气淬炉，φ60mm高速钢在工业装炉量下，用0.5~0.6MPa的高纯度N2冷却，可获得64~65HRC的硬度，热硬性良好。采用气体N2、H2回收技术可使成本大大降低，促进了混合气淬技术的普及推广。

Ipsen公司开发的双室高压气淬炉，当真空双室炉气淬时，可用0.1~2MPa的N2或He。国产如WZDGQ-60型单室高压气淬炉（≤1.0MPa）。采用高纯度氮气99.999%（体积分数）进行气淬，可以用于有效厚度≤400mm工件的直接气淬和分段气冷淬火。

2.气体的分级淬火技术

法国ECM公司注册了分级气淬（interrupted gas quenching）方法，分级温度可设置于180~200℃，通过等温停留使工件进行自回火，因而可以取消淬火后的一般回火工序。从而节省了能源。

法国ECM公司开发了一套气体淬火专用程序软件，即Quench AL冷却模拟软件。在气淬过程中，通过气体的压力和搅拌速率的变化可用来控制淬火强度。采用可变强度的分级淬火可以使已畸变零件的畸变程度控制到最小。在Ms点附近进行等温，减少零件表面与心部的温差，使得之后的马氏体转变产生更少的应力畸变。

针对不同装炉量、材料淬透性及产品要求，使用了最新的变频驱动技术，气体（如N2）注入压力0~2MPa，采用两个130kW的电动机，0~100%可调。借助这两个优势，可使得淬火冷却工艺和奥氏体等温转变曲线尽可能地接近，避开某些畸变极易产生的临界阶段。

ECM公司比较了气体分级淬火和强度不变的气体直接淬火之间的区别。对于传动齿轮，其齿向畸变的平均值从13μm减少到4μm。对于传动齿环，外径的畸变减小为原来的1/4。而且，在以上两种试验中，在炉内装料区的各个部位检测到的结果是高度一致的。即该工艺同时解决了畸变问题和畸变一致性问题。

在国内，上海汽车变速器公司等用于轿车变速器齿轮、齿轮轴等低压真空渗碳、高压气淬。

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