我國自進入WTO以來，汽車市場逐步對外開放，國外一些知名汽車製造商紛紛在中國設廠，引進了大量先進位造沒備與先進工藝技術，預計今年全年各類汽車生產將突破400萬輛大關，對我國汽車行業帶來巨大衝擊與發展機遇，競爭將越來越激烈j隨著汽車市場全球化趨勢的發展，中國必將成為全球汽車零配件製造與供應商主要集貿市場。要想抓住這個商機，必需按國際標準進行生產。汽車齒輪及其總成是汽車極其重要的零部件，如能克服上述存在問題(見摘要)，使之成為名牌產品，其變速箱與後橋成為世界知名品牌汽車的直接供貨商，參與世界市場競爭並贏得市場份額，將為我國汽車製造業做出重大貢獻。
稀土共滲技術是哈爾濱工業大學20世紀80年代中期重大的科技發明。學者們首先發現能將原子半徑比鐵大40％的稀土原子滲透人到了鋼的表而，同時發現稀土對滲碳、碳氮共滲、滲氮等化學熱處理過程有十分明顯的催滲作用，可以提高滲速20％～30％。理論研究指出，微量的稀土(數十個ppm)滲人到鋼的表層后還能起微合金化作用，它能有效地成為第二相如碳化物、碳氮化合物或氮化物，沉澱析出的核心，進而沉澱析出細小彌散顆粒狀碳化物與碳氮化物。這些高度彌散的顆粒必將成為奧氏體向馬氏體切變長大的障礙物，迫使馬氏體轉變為超細化。這種超細馬氏體具有很高的強度與韌性，作為基體其上分佈細小彌散顆粒狀碳化物，這就是稀土共滲后獲得的最佳微觀組織，這種最佳組織具有更高的接觸疲勞與彎曲疲勞強度以及足夠高的硬度與耐磨性和抗粘著磨損特性。由上述可見，在齒輪滲碳中正確引入稀土碳共滲技術不僅可提高滲速20％～30％，還能獲得其他方法難以得到的最件金相組織，由此帶來使用性能的大幅攀升。
由於滲劑中加入稀土既能提高滲速降低能耗，減少變形，又能明顯改善組織和提高性能，因此如在齒輪滲碳中引入稀上將使我國化學熱處理工藝提高至一個新水平，產品質量上一個新台階，從而早日完成與國際接軌的目標，參與國際競爭。
一、當前汽車齒輪滲碳存在的問題與差距
1．普遍存在的問題
(1)滲碳速度慢，生產效率低，能耗居高不下。
(2)滲碳溫度高，碳勢Cp高，導致金相組織差，碳化物、馬氏體、殘留奧氏體等級別偏高，且級別波動大，穩定性差。
(3)齒輪經熱處理后尺寸畸變大，精度等級大幅下降，裝配互換性變差，傳動欠平穩、雜訊大。
(4)性能差 ①表面存在黑色組織與非馬氏體組織。②外表層殘留奧氏體過多。③外表層硬度偏低，硬度分佈曲線表面層低頭現象普遍，導致耐磨性大幅下降，④齒輪接觸疲勞性與耐磨性不高，導致齒面出現麻點剝落，造成早期疲勞失效損壞，這點在載重車與重型工程車輛中表現尤為突出。
2．與國際接軌配套出口存在差距
前已述及我國生產汽車產量已躍居世界第三，汽車生產基本上為外商壟斷，我國汽車工業的出路在於提供大量優質零配件。以齒輪為主的汽車傳動系統對汽車來說極為重要，以齒輪為主組成的汽車發動機變速箱總成與前橋和後橋總成若能與世界汽車製造商提供配套，將是我國汽車行業一個重大機遇。為此，齒輪行業尤其是齒輪熱處理行業應認清形勢，為達到出口水平而做出應有的努力。
總的說來，達到出口配套必須在加工流程中對如下環節加強工藝控制，否則必然產生差距。
(1)熱處理前的機加工質量包括：表面粗糙度與尺寸公差，即熱處理前後的外觀質量與裝配精度。
(2)與性能及尺寸變形相關的材料與加工工藝，包括：鋼材成分控制與純凈度、淬透性帶控制、帶狀組織控制、鍛坯的預先熱處理等溫正火及組織的均勻性，冷加工應力消除等。
(3)滲碳淬火回火過程齒輪的畸變控制與精度等級控制，裝配互換性、傳動平穩性與雜訊。
(4)工裝設備方面，氧化脫碳、工件表面清理、淬火油冷卻特性與冷卻均勻性(包括工件料筐擺放)等。
(5)金相組織差異：表面硬度與硬度梯度分佈，碳化物、馬氏體與殘留奧氏體級別控制。
(6)性能抽檢：①齒輪彎曲疲勞與接觸疲勞試驗。②變速箱與後橋總成台架壽命試驗等。
外商通常對齒輪產品進行如下檢驗：
(1)齒輪外觀檢查：①商品色澤。②公差尺寸檢查。③表面粗糙度。
(2)裝配互換性檢查：總成傳動振動與平穩性榆查，總成傳動雜訊檢查。
(3)熱處理質量檢查：①表面硬度62～64HRC。②層深檢查按550HV評定。③金相組織：一般碳化物、馬氏體及殘留奧氏體<3級；嚴格時≤2級。
(4)對加工產品單位質量保證體系考查：①硬體設備：溫度自控智能儀錶與校正體系；氧探頭及其智能儀錶控制體系；金相質量檢測體系。②軟體：質量管理各種文件與措施；工藝管理各種文件齊全。
只有硬體與軟體達到要求后才可以進行產品加工，目的在於保證產品質量的穩定性、可靠性與重複性及均一性。
綜上所述，我國許多企業經過近10年來的不斷改造，有相當部分企業的冷熱加工的工裝設備已基本上符合國際生產水平的要求，關鍵問題在於企業領導者與經營管理者的理念：一是受多年來國有企業經營管理理念束縛，重產量輕質量，當產生矛盾時往往質量為產量讓路。二是只重視眼前利益，輕視長遠利益。三是缺乏市場競爭意識，缺乏優患意識，缺乏創新意識，缺乏企業生產經營的個性與特性的發展戰略，沒有個性與特性的企業只能隨著市場大起大落。因此如何實現思想轉軌及經營管理理念轉軌，加快企業適應市場特別是汽車市場的全球化的競爭與機遇，在全球「中國造」的大旗下，佔領一席之地，有關部門應當認真加以思考。
3．當前重點應急措施——採用稀土碳共滲技術
從技術角度而言，優質齒輪的生產是一個系統工程，生產流程各生產環節都存在各式各樣的矛盾與問題。實踐證明：齒輪質量的焦點集中表現在熱處理后。
簡言之，—股滲碳淬火后齒輪的精度由熱處理前的4～5級精度，處坪后增至7～8級，尺寸與形狀畸變急劇增大，齒輪裝配的互換性變差，花鍵孔變形導致齒輪中心距偏移，傳動過程產生振動和雜訊將不可避免地增大，後果是汽車變速箱裝配后肯定達不到標準；而齒輪的內在質量更是決定於齒輪熱處理質量，例如行業規定，表面硬度58～62HRC，若表面存在黑色組織與非馬氏體組織，勢必影響齒面的承載能力、耐磨性及接觸疲勞壽命，造成早期疲勞磨損而失效。齒向差的變形造成齒而受力偏載也可造成早期失效損壞。特別典型的載重車後橋終端傳動螺旋錐齒傳動付，當轉彎或道路崎嶇不平時，承受巨大衝擊及滑動摩擦，極易產生衝擊疲勞磨損與粘著磨損，這些問題導致集中暴露在熱處理質量上，多年來一直是熱處理的老大難問題，成為我國汽車生產質量的攔路虎與瓶頸。
有沒有辦法解決？有——採用稀土碳共滲技術可以收到立竿見影的實效。
稀土化學熱處理共滲技術是20世紀80年代中期哈工大在材料科學領域中的一項重大科技發明，首次發現了稀土滲碳過程中的催滲作用與微合金化作用，先後申請相關發明專利8項，並獲航天部科技成果一等獎一項「稀土對碳氮共滲過程的活化催滲及其在汽車拖拉機齒輪上的應用」(1986年)；國家發明二等獎「稀土特殊共滲熱處理新技術」(1990年)。
本項技術具有如下獨特的特性：
(1)在滲碳過程中提高滲速15％～30％，下限為嚴格對比，上限包括工藝參數優化；對氮化及軟氮化提高30％～50％。
(2)可降低滲碳溫度40～60℃，可在820～900℃溫度下進行快速滲碳，完全取代碳氮共滲消除黑色組織及非馬氏體組織，使工件變形的畸變大幅下降。
(3)改善組織，提高性能。稀土能與碳一起滲入到鋼的表面層起微合金化作廂，稀土能作為碳化物形核核心，使其成為細小彌散顆粒狀沉澱析出。它的存在阻礙馬氏體切變長大，馬氏體殘留奧氏體成超細狀態，所以稀土滲碳的過共析區的典型組織為：在超細隱晶馬氏體與殘留奧氏體的基體上分佈著不同大小尺寸的細小彌散顆粒狀碳化物。這種超細馬氏體與殘留奧氏體具有高強度、高韌性及高的斷裂韌度，高的耐磨性與動態彎曲疲勞與接觸疲勞壽命。
(4)提高生產效率及勞動生產率，明顯降低能耗，從而降低生產成本。
二、各種催滲劑的簡單比較及新技術應用前景
我國存化學熱處理技術市場上先後出現過如下一些催滲技術及新技術，可簡單分類如下：
1．化學催滲類
(1)四氯化碳及氯離子類、酸性氣體類：機理是利用氯離子在氣相反應中對工件表面反應，清除表面污物，露出新鮮表面，活化工件表面，促進表面反應能力，對滲C、滲N有明顯的催滲作用，作用機理只限爐氣與工件界而反應，除對工件表而產生化學反應外，對爐子耐熱鋼構件有明顯腐蝕作用。
(2)BH催滲技術：強化滲碳劑裂化反應，既使煤油也可在860～880℃低溫裂解，機理為4價碳離子催滲；即使4價碳原子滲入也不會產生合金化作用。
(3)稀土共滲技術：除催滲節能提高效率外，最大特徵與區別是稀土能滲入鋼的表面層內起微合金化作用，細化組織與提高性能，這是本技術與其他催滲技術的本質差別。
(4)多元共滲：C、N、B、S、O、RE，儘管各個元素起的作用不同，但是稀土RE起第二相沉澱析出核心，細化第二相使之細小彌散分佈，不易團聚長大的特殊作用不可能被取代，因此提高工藝溫度，進一步提高滲速及保持高性能的特殊作用十分明顯。
2．物理催滲先進技術
諸如離子氮化、離子軟氮化、離子滲碳、電場滲碳及真空滲碳等，只是處理特殊零什時使用。對汽車齒輪來說，要求批量大、成本低、質量穩定，特殊方法難以滿足。故目前仍然沿用常規設備，如井式滲碳爐、密封箱式滲碳爐及連續式氣體滲碳爐，只不過進行了必要技術改造，特別是增加了先進的計算機控制系統．廣泛採用國際上通用的氧探頭及碳勢控制智能儀錶及其上位機——工業控制計算機及相應的自適應滲碳軟體，這些裝備國內已能自行製造，性能與國外產品基本相同，價格則低很多。
3．與國際接軌及齒輪產品出口配套的技術措施
(1)硬體設備條件 我國熱處理專業化水平還很低，企業分散，尚處於轉軌階段，大多數企業熱處理設備落後，對於質量控制設備，有的不具備或只有一部分，要徹底改變這種現狀只有走專業化道路。目前只能面對這種現實加強設備、工藝及質量管理，力求最好效果。
(2)工藝軟體及質量管理 採用我國獨創的稀土碳共滲技術，允分發揮其獨特的作用，加強工藝管理，可使汽車齒輪的滲碳工藝水平達到新水平，產品質量上一個新台階，生產條件好的企業達到出口水平完全可能。實踐證明，少量企業走在前面已成功向外商汽車企業提供了配套齒輪產品及汽車零配件總成。
三、稀土共滲技術的正確應用
1．稀土滲劑的選擇
為了適應當前市場需求，推進先進工藝技術的應用，推薦稀土共滲技術，我們目前與原哈爾濱稀土材料廠的工程技術人員共同組建了哈爾濱意鋒稀土應用技術開發公司，業已研製成功並推出有機稀土共滲催滲劑系列產品。它除了效果優良外，還克服了管口堵塞問題，在井式滲碳爐中連續使用50餘爐沒有發生一次堵塞現象，給用戶使用帶來方便，滿足了市場需求。
2．稀土催滲效果評價
(1)評價內容 催滲含義主要指滲入速度及節電兩個方面。
(2)評價方法對滲速而言有如下幾種對比方法，即加稀土與不加兩種工藝相比：①不同時間取樣測層深並做出兩條滲碳動力學曲線進行對比。②除去輔助時間之後純滲碳時間的滲碳速度v為總深度δ除以純滲碳時間h，即v=δ／h(mm/h)。③加稀土與不加稀土兩種工藝隨爐淬火試樣直接對比。④對周期性爐一個周期所需時間或層深進行對比。⑤對連續爐按推料周期與試塊滲層深度進行對比。
3．稀土滲碳工藝的特殊性
欲使稀土滲入鋼中起微合金化作用即能成為第二相碳化物形核核心進而沉澱析出細小彌散顆粒狀碳化物，阻礙馬氏體轉變時切變長大而成為超細馬氏體，因此，滲碳工藝必須採用高的爐氣碳勢。只有提供足夠多的碳原子即過飽和濃度的碳原子，稀土才能達到形核條件，同時也因此增加基體中的缺陷密度，促進碳原子在固相中的擴散速度，才能獲得典型的金相組織。通常920～930℃條件下爐氣碳勢必須採用Cp=1.2～1.3，甚至1,4。但不能在高溫下過早析出碳化物。而較低碳勢Cp=1.0～1.1，效果將不明顯。
4．稀土滲碳的微觀組織評價
由於稀土滲碳工藝要求的特殊性，必須採用較高的Cp進行滲碳，因此滲碳外表面過共析區必須有在常規×500倍的顯微鏡下可見的細小彌散顆粒狀碳化物，或隱形更細小不可見的彌散碳化物，兩者的基體都是超細隱晶馬氏體與殘留奧氏體，這就是稀土滲碳的典型最佳金相組組織。圖1是20CrMnTiH鋼經900℃×7h稀土滲碳后的典型最佳金相組織圖；圖2是在相同條件下的金相組織，只是Cp較低，碳化物顆粒很細小而已；圖3則為20CrMnTiH鋼無碳化物的金相組織。
如果稀土滲碳工藝參數不當，也可能出現原機械部頒發的汽車齒輪滲碳金相檢驗標準規定的有關碳化物、馬氏體及殘留奧氏體各種級別的組織。
