易切削主轴是车用空调机中的关键零件，其材质为易切削钢;在工作中主要受摩擦与弯扭等力的复合作用，性能要求很高。在车用空调机项目引进初期阶段，主轴是从韩国进口;后来在牡丹江富通汽车空调有限公司对其进行国产化时，渗碳工艺一直存在问题：其组织有时出现网状碳化物，渗碳层深超差，表面粗糙度不好，影响下道工序高频淬火。为此，对工艺进行了认真研究，根据现有工艺和设备条件，改变了工艺，解决了以上问题。

　　主轴加工流程为：机加→渗碳后空冷→局部高频淬火→精磨。材质为AISI1151(美国牌号易切削钢)，成分见表1。渗碳技术要求为：硬度15～25HRC，全共析渗层深0.5～0.7mm，金相组织：细珠光体加铁素体，表层无网状碳化物，脱碳层≤0.03mm，表面光亮，无沉积碳黑。

　　设备主要采用丰东公司的UNICASE箱式气体渗碳生产线进行脱脂、渗碳及空冷。此设备为两室结构，火帘封闭，可实现无氧化渗碳、淬火。工装选用专用设计的筛网式工装，主轴垂直吊放，避免加热变形;摆放间隙不小于5mm，保证渗碳气氛流通。

　　经过多次工艺试验，确定其渗碳工艺路线为：脱脂→渗碳→防脱碳空冷。

　　常用渗碳温度为900～950℃，温度愈高，扩散速度愈快，温度是对渗碳速度影响最大的工艺参数;温度过高会造成奥氏晶粒长大，工件变形加大，同时降低设备使用寿命。从材料上考虑，由于主轴用钢碳含量较高，其成分与国产50Mn较接近，因此渗碳温度不宜太高。经多组试验，最终确定渗碳温度为905℃。

　　UNICASE渗碳炉采用滴注式气体渗碳，以甲醇为载气，丙酮为富化气，其化学反应式为：

　　CH3OH→CO+2H2

　　CH3COCH2→2(C)+CO+3H2

　　采用氧探头单参数控制炉气碳势，通过改变甲醇、丙酮输入比例，并通过空气调节，能有效调整代表渗碳能力的活性(C)原子数量，调整碳势。炉内碳势愈高，向工件表面供给碳的速度愈快。

　　考虑到此钢种基体碳含量较高，需要高碳势才能形成碳浓度梯度;另一方面，零件要求一定的表面粗糙度，碳势过高易沉积碳黑，并易出现网状碳化物，同时沉积的碳黑又影响渗碳速度。经多次试验，将碳势定为1.15、渗碳时间为(190～230)min，渗碳层深及组织可达到工艺要求。

　　渗碳后不直接淬火的零件，冷却速度太慢是造成渗碳层经常出现网状碳化物的主要原因，因此应加快渗碳后冷却速度。而技术要求不允许氧化且脱碳层深应控制在0.03mm以内，因此不可以在空气下风冷。为此对工艺及设备做了以下调整。

　　主轴渗碳后的冷却在渗碳炉前室进行，前室内有渗碳室(后室)排出的还原性气氛，可保证工件不被氧化或脱碳，但是炉气温度很高(达到900℃以上)，达不到工艺需要的快速冷却。为此对脱碳炉前室水冷壁的水流及水温进行调整，确保均匀冷却和最大冷却效果。同时在对工件空冷时，降低后室温度至860～870℃;降低炉内废气温度同时还保证甲醇、丙酮的正常裂解，维持前室气压。

　　为加快冷却并防止脱碳，决定在空冷前期(即主轴处于900～500℃易脱碳的时期)通入惰性气体—氮气(室温左右)加速冷却，同时增加炉压防止氧气进入，并保护工件防止氧化和脱碳。通气时间为40min，通入氮气量为12m3。空冷时间为120min左右;至工件温度降至200℃以下时再出炉。

　　为解决表面组织及光亮性问题，对火帘进行了技术调整。UNICASE渗碳炉采用火帘密封，故通过调整气阀使供应火帘的液化气和空气达到最佳比例，可以有效防止工件进出炉时液化气燃烧不充分造成的碳黑沉积于表面。

　　按上述工艺处理后，主轴在洛式硬度计上检测硬度为18～21HRC，在Olympus金相显微镜下测定层深为0.65mm，脱碳层≤0.03mm，无网状碳化物，表面光亮，无沉积碳黑，金相组织合格。在此工艺基础上，生产了20000件(20炉次)以上，均达到客户要求。