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摘要：目前我国的汽车齿轮热处理技术落后于发达国家很多年，急需新的热处理技术提高国产汽车齿轮质量。本文简单阐述了齿轮热处理的传统工艺，以及一些齿轮热处理新技术新工艺，最后对未来齿轮热处理技术的发展发向做了简单介绍。
关键词：汽车、齿轮、热处理、金属材料
【分类号】：TG162.73
1、引言
目前汽车已经逐渐进入普通老百姓家中，我国在汽车生产和销售方面都处于世界前列，汽车制造业对国家经济发展具有积极的推动作用。齿轮是汽车必须使用的传动部件，其主要作用是传递动力及改变速度和方向，齿轮复杂的工作条件要求齿轮具有优良的耐磨性和高的抗接触疲劳、抗弯曲疲劳[1]。目前我国汽车产量虽然很大，但是汽车齿轮与发达国家的齿轮在质量上差距仍然很大，而齿轮的质量除了与钢材的质量有密切关系外，热处理工艺也是影响齿轮质量的关键因素。热处理能够软化金属使其易于加工，并且还可以增加其耐磨性、抗疲劳性能，优异的热处理工艺能明显提高汽车齿轮质量，提高其使用寿命，提高生产效率[1]。为了提高齿轮的质量，赶上发达国家的汽车齿轮热处理工艺技术，对热处理工艺进行进一步研究是十分有必要的。
2、汽车齿轮传统热处理工艺
汽车零部件的传统热处理工艺众多，具体有退火、等温退火、球化退火、正火、淬火加回火、等温淬火、锻造淬火及回火、轧制后控制冷却、局部淬火、感应加热淬火、火焰加热淬火、渗碳、渗氮、渗硼、二次硬化、喷丸处理等。
尽管传统热处理工艺众多，但是他们的目的并不相同，可见汽车热处理工艺的复杂性。退火的目的是消除应力和为了冷成形和机加工的软化；等温退火是为了控制显微组织和硬度以便机械加工；球化退火是使碳化物球化以便冷成形和改善韧性；正火可以慢冷以获得便于机械加工的均匀的细晶粒组织；淬火加回火能够消除应力获得韧性和期望的强度；等温淬火用控制相变获得韧性好的贝氏体组织；锻造淬火及回火是为了获得与重新加热淬火回火相同的性能；局部淬火是为了使齿轮局部硬化；感应加热淬火是用感应圈加热后淬火使局部硬化；渗碳、渗氮、渗硼都是为了改善齿轮的表面硬度；二次硬化热粗粒技术是用冷冻或加机械应力改善性能；喷丸处理是用硬的铁丸快速喷射使表面冷作硬化以提高疲劳强度[1，2]。
汽车齿轮一般都采用低碳合金钢制造，如16MnCr5、20MnCr5等齿轮钢。齿轮生产工序比较复杂，生产加工工序为锻坯→预先热处理→切削加工→渗碳淬火→精加工等。
锻坯的预先热处理的目的主要是为了消除锻造应力，软化锻坯，获得适宜切削加工的组织。我国汽车齿轮生产厂家对锻坯的预处理基本上都是采用正火处理。正火处理即将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上30℃—50℃，保持一定时间后在空气中冷却至室温，得到珠光体类组织的热处理工艺[3]。正火处理是为了获得组织均匀的珠光体，在冷却时一定要控制好速度，否则很容易转变为其他组织。但是对汽车齿轮的质量要求逐渐增高，特别是钢材的多样化使得普通的正火处理已经达不到预处理的目的。为了满足预处理的要求，国内的齿轮生产企业正逐步改用等温退火工艺代替原来的正火工艺对齿轮进行预处理，等温退火温度通常在560℃—650℃之间，经过等温退火处理后通常得到均匀的组织和硬度[4]。在汽车工业发达国家，汽车齿轮的预处理普遍采用等温退火工艺，并对不同的的齿轮钢制定了不同的等温退火工艺。
渗碳处理是齿轮生产中必不可少的一道工序，目前汽车工业通常采用的渗碳工艺是气体渗碳工艺。渗碳处理要求渗碳炉的温度和炉内的碳势均能精确控制，这方面我国与发达国家差距较大。发达国家采用气体渗碳工艺处理齿轮时，可以精确控制渗碳层深度及其硬度，并且可以有效控制表面含碳量和齿轮表面的硬度梯度[2]。渗碳处理时如果炉内温度很高或者时间较长，会造成钢的晶粒粗大，并且会使其变形严重。我国齿轮生产企业由于设备落后，不能精确控制渗碳的碳势及炉内温度，最终导致齿轮达不到质量要求，产生许多废品，生产效率较低。
3、汽车齿轮热处理新工艺
随着消费者对汽车性能要求的提高，汽车对齿轮技术参数要求有所提高， 因此对齿轮热处理质量提出了更高的要求。近年来，为了提高我国汽车齿轮的热处理质量，国内在加紧研制新技术以追赶国外发达国家，同时也引进了一批国外的先进热处理技术。
近年来出现的新的齿轮钢热处理技术主要有激光淬火、稀土共渗技术、液体氧氮化表面强化处理技术、低压真空渗碳技术等。液体氧氮化技术是在液体氮化的基础上进行一次氧化，使得齿轮表面具有高硬度、高耐磨性的同时，表面耐腐蚀性能有很大提高，表面有光泽的黑色。该技术是世界上最新的表面强化改性技术之一，经过该工艺处理，齿轮的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性都能得到较大提高，同时可以提高齿轮的抗疲劳性，并且处理前后齿轮不易变形[4]。激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术[5]。稀土共渗技术首创于20世纪90年代，基本原理是采用稀土作为渗入元素渗入齿轮钢的表面，起微合金化作用，它能够细化齿轮组织并提高齿轮的性能。渗碳过程中稀土的主要作用有：对炉气进行保护；清洁齿轮钢表面并增加其表面活性；稀土作为第二相沉积核心，可以有效增加碳的擴散速度；它还能阻止表面内氧化，减少非马氏体组织[6]。低压真空渗碳技术原理就是在低压真空状态下对齿轮表面进行渗碳处理，该工艺可以防止齿轮表面被氧化，因此可以在渗碳时提高温度，加快渗碳速度，降低能量消耗[3，5]。
4、汽车齿轮热处理工艺发展方向
随着汽车性能的提高，提高汽车齿轮性能是必然的要求，未来的齿轮热处理技术除了要求控制质量外，节能环保也是必须要重视的。汽车齿轮热处理新工艺的研发会继续，一些新工艺如齿轮锻坯等温退火工艺、齿轮渗碳催渗技术等会相继研发并且应用。齿轮的热处理与热处理设备也密不可分，在提高热处理工艺技术的同时，先进的热处理设备必不可少，因此未来齿轮热处理所需的新装备也是研发的热门方向。随着汽车工业对齿轮的要求提高，一些精密的齿轮需要独特的工艺进行处理，所以精密齿轮热处理技术也是未来的发展方向之一。另外，信息技术革命使得各行各业都离不开计算机技术，未来齿轮热处理技术应该和信息技术相结合，实现更为精确的控制。
5、结语
汽车工业的发展推动了汽车齿轮热处理技术的更新换代，我国目前在汽车齿轮热处理方面还落后于发达国家很多，如何赶上并超过发达国家的热处理技术是国内齿轮热处理企业急需解决的问题。实现热处理技术的超越的关键在于国内相关部门加大科研投入，紧跟技术先进国家步伐，注重科研成果的实用化。
参考文献：
[1]陈葵，黄星星，刘坚等.带内齿和内花键的汽车齿轮热处理变形控制方法[J].汽车齿轮，2012（4）.
[2]陈晖，周细应.汽车齿轮热处理工艺的研究进展[J].材料导报，2010，24（7）.
[3]李茂林，张峰.我国汽车用齿轮钢性能及其热处理技术的现状[J].装备制造技术，2013（6）.
[4]石康才.齿轮渗碳热处理技术的新进展[J] . 机械工人，2006（2）.
[5]阎承沛.我国齿轮热处理技术概况及发展趋势（二）[ J] .国外金属热处理， 2002，23（3）.
[6]张国良.稀土共渗技术在化学热处理中的应用[J].热处理技术与装备，2008，29（3）.
关键词：汽车、齿轮、热处理、金属材料
【分类号】：TG162.73
1、引言
目前汽车已经逐渐进入普通老百姓家中，我国在汽车生产和销售方面都处于世界前列，汽车制造业对国家经济发展具有积极的推动作用。齿轮是汽车必须使用的传动部件，其主要作用是传递动力及改变速度和方向，齿轮复杂的工作条件要求齿轮具有优良的耐磨性和高的抗接触疲劳、抗弯曲疲劳[1]。目前我国汽车产量虽然很大，但是汽车齿轮与发达国家的齿轮在质量上差距仍然很大，而齿轮的质量除了与钢材的质量有密切关系外，热处理工艺也是影响齿轮质量的关键因素。热处理能够软化金属使其易于加工，并且还可以增加其耐磨性、抗疲劳性能，优异的热处理工艺能明显提高汽车齿轮质量，提高其使用寿命，提高生产效率[1]。为了提高齿轮的质量，赶上发达国家的汽车齿轮热处理工艺技术，对热处理工艺进行进一步研究是十分有必要的。
2、汽车齿轮传统热处理工艺
汽车零部件的传统热处理工艺众多，具体有退火、等温退火、球化退火、正火、淬火加回火、等温淬火、锻造淬火及回火、轧制后控制冷却、局部淬火、感应加热淬火、火焰加热淬火、渗碳、渗氮、渗硼、二次硬化、喷丸处理等。
尽管传统热处理工艺众多，但是他们的目的并不相同，可见汽车热处理工艺的复杂性。退火的目的是消除应力和为了冷成形和机加工的软化；等温退火是为了控制显微组织和硬度以便机械加工；球化退火是使碳化物球化以便冷成形和改善韧性；正火可以慢冷以获得便于机械加工的均匀的细晶粒组织；淬火加回火能够消除应力获得韧性和期望的强度；等温淬火用控制相变获得韧性好的贝氏体组织；锻造淬火及回火是为了获得与重新加热淬火回火相同的性能；局部淬火是为了使齿轮局部硬化；感应加热淬火是用感应圈加热后淬火使局部硬化；渗碳、渗氮、渗硼都是为了改善齿轮的表面硬度；二次硬化热粗粒技术是用冷冻或加机械应力改善性能；喷丸处理是用硬的铁丸快速喷射使表面冷作硬化以提高疲劳强度[1，2]。
汽车齿轮一般都采用低碳合金钢制造，如16MnCr5、20MnCr5等齿轮钢。齿轮生产工序比较复杂，生产加工工序为锻坯→预先热处理→切削加工→渗碳淬火→精加工等。
锻坯的预先热处理的目的主要是为了消除锻造应力，软化锻坯，获得适宜切削加工的组织。我国汽车齿轮生产厂家对锻坯的预处理基本上都是采用正火处理。正火处理即将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上30℃—50℃，保持一定时间后在空气中冷却至室温，得到珠光体类组织的热处理工艺[3]。正火处理是为了获得组织均匀的珠光体，在冷却时一定要控制好速度，否则很容易转变为其他组织。但是对汽车齿轮的质量要求逐渐增高，特别是钢材的多样化使得普通的正火处理已经达不到预处理的目的。为了满足预处理的要求，国内的齿轮生产企业正逐步改用等温退火工艺代替原来的正火工艺对齿轮进行预处理，等温退火温度通常在560℃—650℃之间，经过等温退火处理后通常得到均匀的组织和硬度[4]。在汽车工业发达国家，汽车齿轮的预处理普遍采用等温退火工艺，并对不同的的齿轮钢制定了不同的等温退火工艺。
渗碳处理是齿轮生产中必不可少的一道工序，目前汽车工业通常采用的渗碳工艺是气体渗碳工艺。渗碳处理要求渗碳炉的温度和炉内的碳势均能精确控制，这方面我国与发达国家差距较大。发达国家采用气体渗碳工艺处理齿轮时，可以精确控制渗碳层深度及其硬度，并且可以有效控制表面含碳量和齿轮表面的硬度梯度[2]。渗碳处理时如果炉内温度很高或者时间较长，会造成钢的晶粒粗大，并且会使其变形严重。我国齿轮生产企业由于设备落后，不能精确控制渗碳的碳势及炉内温度，最终导致齿轮达不到质量要求，产生许多废品，生产效率较低。
3、汽车齿轮热处理新工艺
随着消费者对汽车性能要求的提高，汽车对齿轮技术参数要求有所提高， 因此对齿轮热处理质量提出了更高的要求。近年来，为了提高我国汽车齿轮的热处理质量，国内在加紧研制新技术以追赶国外发达国家，同时也引进了一批国外的先进热处理技术。
近年来出现的新的齿轮钢热处理技术主要有激光淬火、稀土共渗技术、液体氧氮化表面强化处理技术、低压真空渗碳技术等。液体氧氮化技术是在液体氮化的基础上进行一次氧化，使得齿轮表面具有高硬度、高耐磨性的同时，表面耐腐蚀性能有很大提高，表面有光泽的黑色。该技术是世界上最新的表面强化改性技术之一，经过该工艺处理，齿轮的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性都能得到较大提高，同时可以提高齿轮的抗疲劳性，并且处理前后齿轮不易变形[4]。激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术[5]。稀土共渗技术首创于20世纪90年代，基本原理是采用稀土作为渗入元素渗入齿轮钢的表面，起微合金化作用，它能够细化齿轮组织并提高齿轮的性能。渗碳过程中稀土的主要作用有：对炉气进行保护；清洁齿轮钢表面并增加其表面活性；稀土作为第二相沉积核心，可以有效增加碳的擴散速度；它还能阻止表面内氧化，减少非马氏体组织[6]。低压真空渗碳技术原理就是在低压真空状态下对齿轮表面进行渗碳处理，该工艺可以防止齿轮表面被氧化，因此可以在渗碳时提高温度，加快渗碳速度，降低能量消耗[3，5]。
4、汽车齿轮热处理工艺发展方向
随着汽车性能的提高，提高汽车齿轮性能是必然的要求，未来的齿轮热处理技术除了要求控制质量外，节能环保也是必须要重视的。汽车齿轮热处理新工艺的研发会继续，一些新工艺如齿轮锻坯等温退火工艺、齿轮渗碳催渗技术等会相继研发并且应用。齿轮的热处理与热处理设备也密不可分，在提高热处理工艺技术的同时，先进的热处理设备必不可少，因此未来齿轮热处理所需的新装备也是研发的热门方向。随着汽车工业对齿轮的要求提高，一些精密的齿轮需要独特的工艺进行处理，所以精密齿轮热处理技术也是未来的发展方向之一。另外，信息技术革命使得各行各业都离不开计算机技术，未来齿轮热处理技术应该和信息技术相结合，实现更为精确的控制。
5、结语
汽车工业的发展推动了汽车齿轮热处理技术的更新换代，我国目前在汽车齿轮热处理方面还落后于发达国家很多，如何赶上并超过发达国家的热处理技术是国内齿轮热处理企业急需解决的问题。实现热处理技术的超越的关键在于国内相关部门加大科研投入，紧跟技术先进国家步伐，注重科研成果的实用化。
参考文献：
[1]陈葵，黄星星，刘坚等.带内齿和内花键的汽车齿轮热处理变形控制方法[J].汽车齿轮，2012（4）.
[2]陈晖，周细应.汽车齿轮热处理工艺的研究进展[J].材料导报，2010，24（7）.
[3]李茂林，张峰.我国汽车用齿轮钢性能及其热处理技术的现状[J].装备制造技术，2013（6）.
[4]石康才.齿轮渗碳热处理技术的新进展[J] . 机械工人，2006（2）.
[5]阎承沛.我国齿轮热处理技术概况及发展趋势（二）[ J] .国外金属热处理， 2002，23（3）.
[6]张国良.稀土共渗技术在化学热处理中的应用[J].热处理技术与装备，2008，29（3）.