低壓滲碳工藝已經(jīng)被證明是可靠的，尤其對(duì)于減小熱后不需要磨削加工的成型齒輪的變形，以及提高各種零件的疲勞特性是很顯著的。另外，低壓滲碳爐與傳統(tǒng)氣氛爐相比，生產(chǎn)成本控制方面也具有競(jìng)爭(zhēng)力。

　　變速器生產(chǎn)商致力于提高現(xiàn)有產(chǎn)品的功率輸出，或研制新產(chǎn)品以提高輸出功率。變速器生產(chǎn)商同時(shí)致力于通過在滲碳過程中減小變形來降低生產(chǎn)成本。齒輪生產(chǎn)商意識(shí)到通過噴丸處理增加工件表面壓應(yīng)力，可以使工件疲勞強(qiáng)度得到提高。但同時(shí)，也增加了齒輪的生產(chǎn)成本。

　　Twin Disc 公司在20世紀(jì)90年代初期引進(jìn)真空滲碳技術(shù)以減小齒輪變形，試驗(yàn)結(jié)果證明是正確的。同時(shí)，主要航空航天和汽車生產(chǎn)商的報(bào)告顯示，采用該工藝使零件達(dá)到了更高的彎曲疲勞強(qiáng)度。從那時(shí)起，Twin Disc公司開始使用低壓滲碳設(shè)備來處理齒輪，生產(chǎn)實(shí)踐證明低壓滲碳是一種直接的減小齒輪變形的方法，同時(shí)可以提高零件的疲勞壽命。

工藝上的差異

　　在傳統(tǒng)氣氛爐中，工件在滲碳?xì)夥障录訜�。位于齒輪頂端的齒頂部位的小區(qū)域加熱迅速并更快達(dá)到奧氏體化溫度，所以此區(qū)域比齒根部區(qū)域更快吸碳，導(dǎo)致不均勻的滲層分布，齒輪的齒頂比齒根有更深的滲碳層。另外，由于“水-氣”反應(yīng)，零件表面會(huì)產(chǎn)生晶間氧化(見圖1)。

　　一個(gè)長(zhǎng)的強(qiáng)滲循環(huán)，接一個(gè)長(zhǎng)的擴(kuò)散循環(huán)，使工件表面滲入更深的碳變得更加困難。而且碳濃度分布一般在表面處很高，而進(jìn)入表面后的碳濃度很快降低。

　　對(duì)于低壓滲碳，零件在滲碳?xì)怏w注入前被加熱到奧氏體化溫度，使齒輪整個(gè)表面的滲層很均勻，且滲層深度更易控制。由于工件在真空中加熱，因此沒有晶間氧化。多次交替的滲碳和擴(kuò)散循環(huán)(脈沖滲碳)可以在更深的滲層取得更高的碳濃度。

不同工藝造成的影響

　　在氣氛爐中，齒頂?shù)母�深的滲層使齒頂膨脹、脹大，影響工件形狀精度或改變齒輪的幾何外形。如果齒輪沒有后續(xù)磨削加工(成型齒輪一般不要)，這樣的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致不得不使用特殊的機(jī)加工設(shè)備進(jìn)行切削和剔齒以補(bǔ)償變形(見圖2)。

　　眾所周知，工件表面更高的壓應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生更高的疲勞強(qiáng)度。2000年，Twin Disc的一項(xiàng)關(guān)于傳統(tǒng)氣氛滲碳和真空滲碳表面壓應(yīng)力的研究顯示，低壓滲碳試樣產(chǎn)生的表面壓應(yīng)力更高，這解釋了許多低壓滲碳使用者的報(bào)告中關(guān)于低壓滲碳增加彎曲疲勞強(qiáng)度的原因。最近，某大公司對(duì)多組齒輪進(jìn)行重載荷失效運(yùn)行測(cè)試，使用一個(gè)長(zhǎng)期的Weibull分析來預(yù)測(cè)比較兩種方法加工的齒輪壽命，結(jié)果顯示，使用低壓滲碳處理的齒輪壽命提高了近2萬個(gè)循環(huán)。一家熱處理爐生產(chǎn)商宣布，使用低壓滲碳，抗彎曲疲勞強(qiáng)度增加了30%，這只是個(gè)保守的估計(jì)。

　　由于使用低壓滲碳可更好地控制滲碳，在更深的碳層取得更高的碳分布(達(dá)到需要的碳濃度)。這導(dǎo)致更深的硬化層或高硬化區(qū)(58HRC或更高)，一項(xiàng)廣泛的研究，對(duì)比大量氣氛滲碳和低壓滲碳齒輪顯示，低壓滲碳齒輪的滲層高硬化區(qū)達(dá)到氣氛滲碳齒輪的2倍。對(duì)于滲層1.5mm的齒輪，氣氛爐處理的齒輪高硬化區(qū)為0.4mm，而對(duì)于低壓滲碳齒輪，高硬化區(qū)達(dá)到0.9mm(AISI 8620RH steel)。

　　部分齒輪表面較好的硬化區(qū)將在后期被磨削加工掉，例如：如果需要齒面磨掉0.13mm，一個(gè)氣氛爐處理過的齒輪硬化深度0.38mm，磨后剩下的硬化深度為0.25mm。對(duì)比來看，低壓滲碳齒輪達(dá)到更高的硬化深度為0.89mm。磨削后剩下0.76mm，這就顯著提高了彎曲疲勞強(qiáng)度。低壓滲碳可以消除表面晶間氧化，以提高彎曲疲勞強(qiáng)度。但對(duì)于滲碳后需要磨齒的工件將無此優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槟�齒過程中，晶間氧化會(huì)被磨掉。

　　因?yàn)樾枰�磨削加工的齒輪在低壓真空滲碳后減少了變形，對(duì)于大部分齒輪來說，磨加工一般從4次下降到3次，使加工時(shí)間大大縮短并節(jié)約工藝成本。例如：對(duì)于氣氛滲碳零件，16h加工10個(gè)零件，而對(duì)比真空滲碳，5h可以加工20個(gè)零件，大幅度節(jié)約了后續(xù)處理時(shí)間。

不同的淬火方式

　　對(duì)于氣氛滲碳，一般采用油淬，有時(shí)候使用Gleason壓床進(jìn)行壓淬。液體淬火時(shí)，零件表面產(chǎn)生氣膜把工件和淬火介質(zhì)隔開，降低了淬火速度，同時(shí)在工件的不同位置，冷卻速度不均。油的攪拌可以幫助消除氣膜，但在死角處的氣膜難以去除，如齒輪的齒根處。不同的冷卻速度使工件表面產(chǎn)生不同的壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致更大的變形。氣氛滲碳齒輪齒根的滲層淺以及油淬的影響，一般會(huì)導(dǎo)致氣氛滲碳加油淬的齒輪齒根硬化層只能達(dá)到節(jié)圓處的50%(見圖3)。

　　油淬也被應(yīng)用于真空滲碳，但真空狀態(tài)下進(jìn)行油淬可以有效去除氣膜，這導(dǎo)致低壓滲碳加油淬齒輪在齒根處，比氣氛滲碳加油淬齒輪有更深的有效硬化層深。使用真空滲碳加油淬齒輪齒根處的有效硬化層深可以達(dá)到節(jié)圓處的70%(見圖4)。這也是由于低壓滲碳齒輪在齒根處有更深的滲碳層。

　　在分隔開的冷室進(jìn)行高壓(20bar)氣淬(氮?dú)�、氫氣或氦�?也被應(yīng)用于真空滲碳，這可以減小變形，并使齒根處有更深的有效硬化層，幾乎接近齒頂節(jié)圓處的有效硬化層深。使用低壓滲碳和氣淬處理齒輪，測(cè)得的齒根處有效硬化層可達(dá)到齒頂截圓處的90%(見圖5)。另外，加工后的零件出爐時(shí)非常干凈。

　　齒輪的尺寸、最大截面和材料的淬透性決定氣淬是否適用于大零件。對(duì)于小零件(或薄壁零件)，冷速可以很容易地被調(diào)整到適合零件的尺寸。另外，也可以選擇高淬透性材料以使氣淬可以被應(yīng)用于大零件。在歐洲，這種處理方式很常見。對(duì)于油淬，一種特定冷速的淬火油對(duì)于大零件來說是適合的，但對(duì)于小零件來說，這種淬火油的冷卻速度就過快。這沒有靈活性，除非有多種淬火油用于選擇，這是很少見的。對(duì)比來講，對(duì)于氣淬，淬火壓力可以改變，淬火氣體可以選擇，淬火氣體的流速也可以選擇，以達(dá)到要求的冷卻速度，最大限度地減小零件的淬火變形。

關(guān)注

　　Twin Disc的試驗(yàn)顯示，低壓滲碳工藝改善了滲層性能(控制滲層)，減小變形，處理重復(fù)性好并利于環(huán)保。盡管有諸如此類的好處，但是有些事也是要注意的。例如，進(jìn)爐工件的表面清潔非常重要。

　　在最初的處理過程中發(fā)現(xiàn)，一些處理過的零件表面有“軟點(diǎn)”。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為原因：一是防滲涂料在真空下發(fā)泡濺到零件其他表面。因此，確保使用適合于真空滲碳的防滲涂料是關(guān)鍵。二是一些水溶性的、含硼的機(jī)加工冷卻液殘留在工件表面。硼如果在零件表面干燥，其作用類似于真空滲碳防滲涂料，很難被去除。在送入熱處理之前，這種冷卻液在零件最后的機(jī)加工過程后并沒有被清除。在熱處理時(shí)，使用三氯乙烯進(jìn)行真空清洗，但如果溶劑的清潔度沒有被監(jiān)控，殘余冷卻液還會(huì)被帶到零件上。因此，清洗工藝、設(shè)備和工藝維護(hù)非常重要。