低壓真空滲碳與高壓氣淬技術具有無內氧化，表面質量好，變形微小，工藝的穩定性和重復性好，熱處理零件綜合性能優異，使用壽命長，無污染無公害，耗電少，生產成本低，自動化程度高等優點，目前已廣泛應用于汽車發動機、汽車變速器、航空發動機及摩托車齒輪等零件的熱處理。由于該項技術無論從工藝還是設備上已經很成熟，已成為可行替代可控氣氛滲碳的有效方法。
一、技術
1、低壓真空滲碳（LPC）技術
常規氣體滲碳易產生表面內氧化（IGO），在滲層表面薄層內出現非馬氏體組織，從而降低齒輪的疲勞性能。低壓真空（1333~1.33×10-1Pa）滲碳用于齒輪和結構鋼件等，可提高滲碳層質量，表面無內氧化。采用計算機模擬輔助控制的真空滲碳工藝，用較短的處理時間和較少的滲碳氣體消耗，保證取得良好的滲碳效果：滲碳層深度偏差≤±0.05mm，表面碳含量均勻度≤±0.05%。用乙炔取代丙烷滲碳已成為真空滲碳的發展趨勢。常規滲碳熱處理周期較長，該項技術可以實現高溫（950~1050℃）滲碳，從而提高滲碳速度，是熱處理節能的重要方法之一。
2、高壓氣淬（HPGQ）技術
齒輪等零件滲碳后在氣體中冷卻比液體中冷卻的均勻，故淬火畸變小。許多氣體可用作氣淬氣體，如氬氣、氦氣、氫氣、氮氣以及它們的混合氣體。用氮氣進行齒輪的氣淬，比較經濟，目前85%~95%氣淬室采用氮氣，淬火壓力通常為2MPa。高壓氣淬可以通過控制（惰性）氣體的壓力、流量，改變氣體的冷卻特性，與鋼的過冷奧氏體轉變相圖相結合，實現最理想的淬火冷卻，從而減少齒輪畸變，提高心部強度。
3、低壓真空滲碳與高壓氣淬技術
低壓真空滲碳不僅可以有效地避免常規滲碳淬火出現的表面非馬氏體等組織缺陷，顯著改善齒輪等零件表面質量，而且與高壓氣體淬火相結合可以顯著減少熱處理畸變，通過提高滲碳溫度可減少處理時間，從而降低能源消耗和氣體消耗。因此，真空低壓滲碳與高壓氣淬相結合是當今一種先進的滲碳淬火工藝，可以稱之為真正意義上的環保型綠色熱處理技術。
二、設備
真空熱處理爐可以按用途、真空度、工作溫度、作業性質、爐型結構及熱源等進行分類。如按作業性質可分為周期式真空爐、半連續和連續式真空爐。按爐型結構形式可分為立式真空爐和臥式真空爐。
（1）單室低壓真空滲碳爐
零件加熱滲碳和高壓氣淬都在同一室內進行，冷速及生產效率相對較低。
（2）雙室及三室低壓真空滲碳爐
雙室爐由一個加熱滲碳室和一個氣淬室構成（如Ipsen公司RVTC型）。零件先在加熱室滲碳后降溫至淬火溫度，然后將零件推到冷卻室施行高壓氣淬，可以顯著提高冷速和生產效率。三室爐（如國產WZST型）中間是加熱室（滲碳室），一端是油冷室，另一端是氣淬室，滲碳件可從任意一端進出。三室爐結構（如ECM公司ICBP966型）也可以是前室為進料和淬火用，中間室為零件周轉用，后室為滲碳用。雙室爐及三室爐適用于小批量、多品種的生產。
在雙室和三室爐中施加電場就可以施行低壓離子滲碳。離子滲碳用于航空齒輪處理時，其滲層更加均勻，齒根滲碳層更深。
（3）多室的半連續式低壓滲碳高壓氣淬爐（生產線）
在一個真空通道的兩側（臥式）設置多個滲碳室和一個高壓氣淬室等。零件先在加熱室加熱，到溫后通入滲碳氣體進行滲碳，然后降溫到淬火溫度，零件被推入氣淬室。該爐型適用于批量較大的齒輪等零件滲碳淬火。該類爐型代表性企業有Ipsen、ALD及ECN公司等。
（4）多室的連續式低壓真空滲碳高壓氣淬自動生產線
由若干個滲碳室、擴散室、氣淬室、油淬室等組成。適用于大批量的齒輪等零件滲碳淬火。如ALD公司的VMKZQ型多室連續式真空爐生產線，其是進行真空滲碳和高壓氣淬的連續式熱處理生產線，直線排列，依次為裝載抽空室、加熱室、真空滲碳室（丙烷）、擴散室、氣淬室（氦氣），各工作室間用密封隔熱閘門隔開。
與周期式真空滲碳爐（如單室爐）相比，半連續式及連續式真空滲碳爐生產效率可分別提高25%和40%左右。半連續式及連續式低壓滲碳高壓氣淬自動生產線將成為高品質齒輪等零件滲碳熱處理設備的發展趨勢之一。
目前，國內真空熱處理設備主要生產廠家有：北京機電研究所、北京華翔電爐技術有限責任公司、北京航天萬源科技公司工業電爐廠、首都航天機械公司工業電爐廠、江蘇豐東熱技術股份有限公司、沈陽真空技術研究所等。
在我國國外知名獨資或合資企業/公司有：依西埃姆（北京）工業爐貿易有限責任公司、北京易西姆工業爐科技發展有限公司、益發工業爐（蘇州）有限公司、易普森工業爐（上海）有限公司、德國IVA（益發）工業爐有限公司（上海辦事處）、德國ALD真空工業股份公司上海辦事處、賽科沃克（天津）工業爐有限公司、愛發科中北真空（沈陽）有限公司、上海匯森益發工業爐有限公司等。
德國ALD公司的模塊化柔性低壓真空滲碳高壓氣淬生產線（見圖1），一字排開的是沒有前室的密封低壓滲碳爐，在軌道上行走的是公用高壓氣淬設施。低壓真空滲碳采用工藝模擬專家系統，保證金相組織；施行高壓氣體淬火，有效地降低齒輪變形；可用整合到整個生產線上，從而滿足大批量生產（欲了解更多齒輪低壓滲碳技術，可看《金屬加工（熱加工）》雜志2014年11期雜志。）。
圖 1
北京機電研究所生產的WZST系列三室真空高溫低壓滲碳爐，三室爐中間是加熱室（滲碳室），一端是油冷室，另一端是氣淬室。可用于飛機發動機傳動齒輪等零件的滲碳淬火。
依西埃姆（北京）工業爐貿易有限責任公司（法國ECM全資子公司）的周期式或連續式低壓真空滲碳爐生產線（見圖2），現已用于浙江雙環齒輪有限公司、沈陽飛機工業集團、西安航空發動機公司、哈爾濱東安航空發動機公司、沈陽黎明航空發動機公司等。
圖 2
易普森生產的RVHT-QGP型低壓真空滲碳高壓氣淬雙室爐，由1個加熱室和1個氣體淬火室組成。氣淬采用氮氣，氦氣或兩者混合物，淬火壓力2MPa。用于16MnCr5鋼制斜角驅動齒輪（單件重量4kg）滲碳淬火時，滲碳溫度930℃，滲碳化富化劑采用乙炔。
三、應用
1992年法國ECM公司為雪鐵龍公司的變速器齒輪等生產提供一臺ICBP型低壓真空滲碳爐生產線。標準的低壓真空滲碳爐由一個或多個加熱滲碳室，一個氣淬室，一個裝卸料室，一個轉送室等組成。滲碳冨化氣采用丙烷氣，氣淬室采用高壓氮氣冷卻，氣淬壓力0.1~2MPa范圍可調。計算機監控系統可同時控制多個滲碳室中進行的不同工藝。
1998年法國雷諾變速箱工業公司采用法國ECM公司生產的ICBPH600TG低壓真空滲碳高壓氣淬生產線進行齒輪的滲碳淬火處理。該條生產線由6個加熱滲碳室（最大裝爐量500kg）和1個2MPa的氣淬室組成。由一個壓縮機提供給儲氣罐高壓氮氣。用于6N13鋼制差動環齒輪和齒輪軸滲碳淬火時，每件重量10~40kg。差動環齒輪滲碳溫度980℃，降溫至860℃進行高壓氣淬1500s，淬火壓力0.25MPa。齒輪軸滲碳溫度980℃，降溫至860℃進行高壓氣淬，淬火壓力1.25MPa。同常規碳氮共滲推桿爐對比，一對齒輪的生產成本要節約23%左右。
目前，周期式低壓滲碳高壓氣淬爐、半連續式低壓滲碳生產線已在上海汽車工業集團、一汽集團、二汽神龍汽車公司等得到應用，用于載重汽車變速器及發動機齒輪、轎車發動機及變速器齒輪、重載汽車的齒套等零件的滲碳淬火。
1998年上汽股份汽車齒輪總廠引進一臺法國ECM公司的ICBP-966型低壓真空滲碳爐，用于“別克”轎車自動變速器主減速太陽輪、同步器齒套等零件滲碳淬火，已達到國際先進水平。
之后又引進2條ICBP低壓真空滲碳高壓氣淬生產線，如ICBP600TG型用于“通用”轎車GF6變速器齒輪等零件的滲碳淬火。
五糧液普什集團公司引進法國ECM公司ICBP-966型低壓真空滲碳氣淬爐，三室結構，一個滲碳室，一個中間室，一個淬火室。最高冷卻氣壓力2×106Pa，冷卻氣體為99.999%的高純度氮氣。滲碳富化劑的純度為98%的丙烷氣。用于精密齒輪滲碳淬火時，滲碳溫度950℃，氣體淬火。同常規井式爐氣體滲碳相比，縮短時間58%左右。
來源：熱處理生態圈
作者：金榮植
單位：哈爾濱匯隆汽車箱橋有限公司
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