在齿轮的表面硬化技术中，渗碳淬火是一项历史悠久、非常成熟的传统工艺，随着温度控制、碳势控制等配套技术的发展，一直是齿轮强化的首选工艺，但是由于氮化技术，尤其是离子氮化技术所具有的独特优势，近年来在齿轮产品上的成功应用实例越来越多，也成为齿轮表面硬化的一个重要途径。
本文试图从经济性方面，对渗碳淬火和离子渗氮技术进行对比分析，为齿轮设计和工艺选择提供参考。
1.对比分析
进行对比分析的前提，是两种工艺下的齿轮产品具有彼此相当的承载能力。这里选择我公司昀常用的渗氮齿轮用钢42CrMo和渗碳齿轮用钢20Cr Ni2Mo作为比较的基础，从原材料、热处理及相关工序成本进行系统分析。
有数据表明，离子渗氮件比渗碳淬火件的表面耐磨性要高出70%～80% ，其渗氮层具有良好的耐磨性能已基本达到共识。表1和表2分别列出了两种齿轮的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限数据，这是衡量齿轮承载能力的两项昀基本指标。
表1 齿轮弯曲疲劳极限 （R = 99% ）
表2齿轮接触疲劳极限 （R = 99% ）
从表1、表2可以看出，0.7mm渗氮层的42CrMo齿轮与1.2～1.3mm渗层深度的20CrNi2Mo渗碳淬火齿轮相比，具有彼此相当甚至略高的承载能力。本文以此作为对比分析的基点。
20CrNi2Mo渗碳淬火齿轮的基本工艺流程为:外购锻件→正火→制齿→滚齿及清理→渗碳淬火及回火→抛丸→磨齿。42CrMo渗氮齿轮的基本工艺流程为:外购锻件→调质→插齿及清理→渗氮。这也是两种齿轮制造成本的主要组成部分。
（1）原材料成本 按照目前市场行情，42CrMo钢材锻件价格为9000元/t，即9.0元/kg，而20CrNi2Mo钢材锻件价格为 18000元/t，即 18元/kg，后者是前者的两倍。
（2）预备热处理成本 20CrNi2Mo齿坯正火成本为0.8元/kg，而42CrMo齿坯调质成本为1.2元/kg。
（3）制齿工艺成本 根据我公司的工艺流程与核算标准，对两种齿轮在同等模数、齿数条件下的制齿成本进行折算，20CrNi 2Mo齿轮滚齿成本约为0.5元/kg，而42CrMo齿轮的插齿成本约为1.3元 /kg。 nextpage
（4）热处理成本 根据渗层深度，离子渗氮工艺8.0元/kg，渗碳淬火工艺（按磨前深度1.5mm计）为4.6元/kg。此项成本已经考虑了水、电、气、工艺材料、人工及设备等因素。
（5）抛丸成本 0.3元/kg，仅限于渗碳淬火齿轮，而渗氮齿轮则无此项成本。
（6）后续加工成本 根据对比齿轮的参数以及磨齿工时进行折算，20CrNi2Mo齿轮的此项成本为48.5元/kg，而渗氮齿轮则无此项成本。
2.效果分析
经过对以上两种硬化齿轮的各项成本进行汇总，其结果如表3所示。
表3 成本汇总（元/kg）
从表3可以看出，42Cr Mo离子渗氮齿轮的成本仅相当于20Cr Ni2Mo渗碳淬火齿轮的27%左右，因此，从经济角度来说，离子渗氮齿轮具有相当大的优势。
当然，与其他任何技术一样，这两种强化工艺都有各自的局限性和适用范围，其中离子渗氮工艺一般只适用于模数8mm以下的齿轮产品。对于更大模数的齿轮，随着其硬化层深度要求的提高，工艺周期会大大延长，其在经济性方面的优势也会越来越不明显。对于某些磨齿不便的工件，如蜗杆、内齿圈等，只能采用渗氮之类的硬化技术。本文对这些因素不再讨论。
3.结语
离子渗氮技术的优势，主要包括低变形、高耐磨性、耐腐蚀性，以及可靠的抗胶合能力，现在看来，还有其良好的经济性。近几年，随着脉冲电源和计算机等相关技术的发展，离子渗氮技术也越来越成熟，不仅逐步取代落后的气体渗氮工艺，而且在一定范围内可以替代气体渗碳工艺。
另外，由于受能源危机的冲击，国内风电设备呈现出快速的发展势头。虽然目前在风电设备市场中，国产份额还达不到半壁江山，但是潜力巨大。昀近财政部已出台政策，风电设备研发将获得大力补贴。这种大背景，更是为离子渗氮技术的应用搭建了广阔的平台。
