化学热处理技术在汽车修理中的应用技术研究

　1 化学热处理表面强化
　　随着我国科技的不断发展，化学热处理技术的应用也十分广泛。其工艺通常是将钢铁工件置于一定温度的活性介质中保温， 使一种或几种元素，例如渗碳、渗硼、氮化、碳氮共渗等工艺手段，渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工，并形成单相或多相的扩散层，经过淬火提高表层硬度和耐磨性，达到表面强化目的。
　　汽车发动机活塞肖可谓此类方法的典型零件，发动机工作时，活塞肖承受着活塞上全部负荷，在力学性能上承担弯曲、疲劳、冲击，其直径精度要求3m以内，从而耐磨性要求很高，因此活塞肖表面要求 HRC60-HRC62、芯部要求HRC26-HRC34，希望既有耐磨性，韧性好、强度高。应该说活塞肖零件虽小，却性能要求很高。活塞肖材料用钢。过去多用20号钢，以后均改用20Cr、或 ASTM5120、4718、6118、并以冷挤压工艺成型，经过渗碳、淬火、回火、喷丸、磨光、抛光完成。
　　汽车变速器齿轮、转向拉杆的球头肖、钢板弹簧肖等重要零件均采用渗碳淬火处理，特别转向球头肖属于安全件，处理更应慎重，渗碳前应先镀铜再渗碳，以防颈部淬透易断造成事故。
　　现代发动机中还有一种汽缸套壁很薄，一般铸铁是不能承担的，而是钢缸套并用氮化工艺处理，氮化层深度为 0.1～0.6mm、硬度要求 Hv1000 以上（ 相当于HRC68 以上） 。氮化工艺有硬氮化、软氮化。硬氮化又称抗磨氮化，其目的可获得高硬度、高耐性、高疲劳权限。但硬氮化用钢较严，一般是38CrMoAI钢、软氮化的用钢范围宽，表层硬度相当HRC52-HRC62。硬化层薄（铁氮化合物层0.01～0.02mm） 。
　　软氮化方法有气体软氮化和液体软氮化，气体软氮化是在含有活性的碳，氮原子的气氛中进行低温碳，氮共渗。常用的共渗介质有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性炭、氮原子，液体软氮化主要是氰化盐浴炉中进行。
　　汽车零件修理中有万向节的十字轴颈、花键轴的花键槽、变速器的换档移动轨、中间轴、倒档齿轮轴等维修配件。其工艺主要是堆焊，机械加工恢复尺寸，再进行化学热处理进行强化。
　　2 表面淬火强化
　　表面淬火强化是不改变零件表层的化学成分。通过表层相变获得强化的方法。常用的工艺有火焰淬火、高温快速淬火、高频和中频感应加热淬火等。
　　火焰淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火方法。常用的火焰：乙炔——氧火焰最高温度3200℃、煤气——氧火焰最高温度约2 000℃。高温火焰将工件表面快速加热到淬火温度，随即喷水或投入冷却水中快速冷却，即可获得所需的表层硬度。
　　火焰淬火的零件表层堆焊时选用焊条含碳量应为>0.6%。如万向节的十字轴颈的堆焊焊条选用废气门弹簧即较为理想。高温快速淬火也是较为简单方法：即以铅溶液炉为主要设备，将铅溶液加热至900 ℃以上，工件迅速投入高温溶液中，工件表面迅速达到淬火温度，即时投入冷却水中淬火。再进行回火即完成。但要注意的是铅在高温蒸发中，毒性大，必须做好排风通气工作。对汽车零件来说，主要是高、中频感应加热的表面淬火，尤其高频淬火应用广泛，例如锻钢材质的曲轴轴颈表面，凸轮轴凸轮表面，转向节主肖的外表面淬火等。
　　3 熔铸法强化
　　熔铸法即将强化的金属、通过熔化浇铸在零件需要的强化部位，达到冶金结合或接近冶金结合的结合强度，强化工作表面成分和性能根据零件技术要求选择配方和处理措施。
　　（1）很多轻型车的制动鼓，鼓的工作面应是灰铸铁，而制动鼓的轮辐需要具有刚性的钢板制成，这就需要将灰铸铁熔铸在钢制的轮辐上。
　　（2）在有色合金熔铸方面现今逐渐淘汰，早期的连杆轴承、曲轴主轴承均有直接熔铸在基体上的结构。随着技术进步熔铸法也逐渐淘汰，在修理中常以堆焊、喷焊所代替。
　　4 堆焊法强化
　　4.1 手工电弧堆焊
　　手工电弧堆焊是一种简单的堆焊方法，无需专用设备，一般电焊机均可使用，直接焊机更好，场地不限，机动性好，根据零件强化层的性能要求选择焊条即可达到目的。堆焊与焊接的区别在于堆焊对焊层的熔透深度无特殊要求，在保证合金结合的条件下，满足焊层金属的化学成分和应有的机械性能。在汽车零件中采用堆焊强化的常有： 发动机凸轮轴的进、排气凸轮顶尖部位的强化和磨损修复。其焊条常选用“堆 212”牌号焊条，该焊条为铬钼型堆焊焊条，堆焊层化学成分可获得 0.5%C、2.2%Cr、1.5%Mo。堆焊层硬度>HRC50。凸轮的成型加工可在凸轮磨床上进行，或手砂轮机在样板依托下进行。
　　4.2 自动堆焊
　　自动堆焊主要借助机械运动和控制，工件转动与轴向移动均可自动进行，焊丝在焊剂保护或振动的动作下实施堆焊。其生产效率比手工堆焊高9～14倍，劳动强度改善，堆焊层表面均匀，工人的操作技术要求不高。自动堆焊对电弧可分为有保护和无保护两种，有保护堆焊有蒸汽保护，二氧化碳气体保护、溶剂保护等。无保护堆焊主 要有振动堆焊。
　　4.3 振动堆焊
　　振动堆焊我国开发于20世纪50年代末，60年代已广泛用于汽车修理的零件表面强化和尺寸恢复工作。振动焊的主要设备是振动焊机头，振动焊机头安装在专用机床或车床的拖板上，它包括送丝机构、振动机构、喷水冷却机构、振动机构有凸轮和弹簧组成，也有电磁机构。堆焊过程中焊丝始终处于振动状态间歇地触接工件的表面上产生电弧并熔化金属，基体金属的熔化深度较大，在熔化金属中基体金属与焊丝金属几乎各占一半，用于强化表面的焊丝一般采用70号或 65Mn钢丝，在主，付喷水口喷水速冷下，提高了表面度，减少工件变形，经过直接磨削加工，达到需要尺寸的强化工作面，表面硬度一般为 HRC45-HRC55。为了提高硬度在冷却水中加入5%碳酸钠以提高冷却速度。为了稳定电弧，减少金属爆裂和损耗，在电路中串接一个电感，可使电级金属损耗从 30%降到6%～8%，而堆焊层的厚度从0.6～0.7 mm，增加到 1.4～2.5mm、或更高些、电感值的大小影响到短路电流的增长率。电感值过小电流增长加大，飞溅明显增大，电感值过大则短路电流增长率小，电弧的稳定性破坏，通常电感值为0.1～0.2毫亨飞溅最小。
　　5 结论
　　有些合金钢材

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料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。在设计热处理工艺时，应注意材料性能和热处理过程的特点，防止热处理本身带来的问题，消除加工过程中的质量隐患。
　　【参考文献】
　　[1]热处理手册编委会.热处理手册.第2卷[M].北京：机械工业出版社，1991.
　　[2]彭其凤.热处理工艺及设计[M].上海：上海交通大学出版社，1994.
　　[3]安运铮.热处理工艺学[M].北京：机械工业出版社，1982.

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