气体渗碳生产线调试浅碳层零件

中国一拖热处理厂 （河南洛阳 471003） 李忠亮

我厂三车间现有3条连续气体渗碳生产线（1条双排连续生产线、2条单排连续生产线），对20CrMnTi材料的变速箱齿轮产品进行批量化渗碳淬火生产。渗碳层深基本包括了0.8～1.2mm、1.1～1.6mm、1.3～1.8mm、1.4～1.9mm等工艺碳层。但对于图样要求Dc=0.55～0.85mm的零件，由于批量相对较小，特别是在生产组织上较困难，我厂一直按着0.8～1.2mm（或Dc=0.7～1.0mm）碳层控制。随着集团公司对产品质量要求的提高，我厂通过协调生产单位，近期80/90大轮拖零件系列产品、804C-1系列、Sz804系列、MK554系列以及E300系列等小模数类齿轮集中送热，三车间决定在连续渗碳生产线上调试图样要求Dc=0.55～0.85mm的零件，以解决长期以来困扰我厂渗碳淬火的难题。

我厂技术部下发的中轮拖浅碳层零件清单中共计294种零件，大部分按照渗碳淬火Dc=0.55～0.85mm工艺层深进行控制。三车间组织生产骨干对调试浅碳层零件进行工艺探讨，思路是先实现在单排连续生产线上批量化生产浅碳层零件，然后再对双排连续生产线（以下简称双排炉）进行调试。

1.单排连续渗碳生产线调试过程

6月份三车间连续渗碳线只有双排炉正常生产，其他两条生产线进行设备检修。而双排炉双轨分别生产不同材料、技术要求的零件，即A轨0.8～1.2mm层深零件（20CrMnTi），B轨Dc=1.4～1.7mm零件（汉德系列产品22CrMoH材料），若在双排炉调整需要牺牲汉德零件的产量来实现，所以车间准备先从生产组织上集中批量的Dc=0.55～0.85mm的零件，在吉林炉（单排连续生产线）进行调试生产。

三车间吉林炉于2013年7月9日开始进零件，考虑到设备运转初期，机械故障会较频繁，为避免造成对产品质量的影响，车间从生产安排上精心策划：先装1.1～1.6mm碳层的零件（2个试块，即10盘零件，1个试块/5盘）→0.8～1.2mm碳层零件（2个试块）→调试Dc=0.55～0.85mm碳层零件。吉林炉生产0.8～1.2mm碳层零件通用工艺主要参数见表1。

表1 0.8～1.2mm碳层主要工艺参数

根据实际生产经验及吉林炉设备特点，结合渗碳的3个工艺要素：渗碳温度、渗碳时间及渗碳碳势，车间采取“降温、降碳势”工艺措施，在调试时工艺参数见表2。

表2 Dc=0.55～0.85mm碳层主要工艺参数

7月10日装炉生产，如上工艺执行操作，从吉林炉第40～102盘，装63盘，随炉试棒13个（5盘放置一个随炉试棒），具体情况见表3。

表3 Dc=0.55～0.85mm碳层首次调试情况

本次调试过程中车间各带班班长及时按照车间要求调整工艺参数，确保了7个合格的试棒渗碳淬火要求在Dc=0.55～0.85mm（排除设备故障影响）。首次调整取得了预期的效果，为进一步重现Dc=0.55～0.85mm 工艺，7月16～18日吉林炉293～342盘，车间进行第二次调试生产，按照表4工艺参数执行。

表4 Dc=0.55～0.85mm碳层修正后工艺参数

本次一共集中50盘同渗碳层要求的零件，放置随炉试棒10个，我厂试验室按照《拖拉机渗碳淬火金相检验标准》做出的金相报告见表5。

同时，车间对本次调试的313～315盘随机各取1个零件进行切检，金相报告结果见表6。

表5 随炉试棒金相报告

表6 零件金相报告

切检零件基本与随炉试样一致，符合渗碳淬火质量控制方面的标准。通过两次在吉林炉的调试，三车间基本可以控制零件的渗碳淬火质量在工艺要求范围，也符合“降低渗碳温度、碳势”来降低渗碳层深的原理。吉林炉成功调试出合格的Dc=0.55～0.85mm碳层的零件，为下一步在双排炉调试提供了经验。

2.双排连续渗碳生产线调试过程

鉴于在三车间单排生产线调试Dc=0.55～0.85mm碳层零件成功后，考虑到生产淡季，车间只安排双排炉进行生产作业时，如何解决Dc=0.55～0.85mm零件的生产难题？车间决定安排双排炉从7月25日在A轨SPA24 –SPA70盘调试Dc=0.55～0.85mm碳层零件，调试主要工艺参数工艺见表7。

表7 Dc=0.55～0.85mm碳层主要工艺参数

本次共计装47盘Dc=0.55～0.85mm碳层零件，放置8个随炉试棒（双排炉A轨7盘放置1个随炉试棒），金相报告结果见表8。

表8 随炉试棒金相报告

车间将SPA33盘零件进行随机切检1件，金相检查结果见表9。

表9 零件金相报告

从切检结果来看，零件与随炉试样金相报告基本一致，达到了预期的目标，通过车间对工艺的完善，建议在双排炉A轨生产Dc=0.55～0.85mm碳层零件时，搭装同材料的1.1～1.6mm（或Dc=1.1～1.6mm、Dc=1.3～1.5mm）的零件，双排炉工艺可以按表10工艺参数执行。

表10 Dc=0.55～0.85mm碳层主要工艺参数

按照上述工艺参数，车间于8月4～5日安排双排炉生产65盘Dc=0.55～0.85mm碳层零件，随炉试棒全部满足工艺要求。在双排连续渗碳生产线调试Dc=0.55～0.85mm碳层零件的成功，更加完善了三车间在渗碳层深≤1.0mm零件的生产工艺，基本实现了三车间3条连续生产线无差别化生产Dc=0.55～0.85mm系列浅碳层零件。

3.双连续渗碳生产线实现生产Dc=0.55～0.85mm碳层零件

（1）产品质量的提高 长期以来，由于Dc=0.55～0.85mm碳层零件批量较少，基本不能集中组织送热，按照我厂同齿轮厂技术协议，一直按照0.8～1.2mm渗碳层深来控制生产，根据三车间的生产实际情况，在连续生产线上对0.8～1.2mm碳层的零件生产工艺成熟，过程控制较容易，而Dc=0.55～0.85mm碳层的零件一直是三车间在连续生产线上渗碳淬火的“难题”。7～8月份通过对吉林炉（单排渗碳淬火生产线）、双排炉（双排渗碳淬火生产线）Dc=0.55～0.85mm碳层零件的生产调试，按照《拖拉机渗碳淬火齿轮金相检验标准》分别对随炉试棒、同盘零件进行切检后金相检验，结果获得了合格的硬化层深度、硬度以及金相组织，主要意义体现在以下两点：①加快了渗碳周期，降低了渗碳温度，有效地控制了渗碳层深度，有利于控制渗碳淬火变形。②采用“降温、降碳势”的工艺方法，减少了能耗，降低了成本，获得了高质量的产品。

（2）节约能源，提高了经济效益 在连续生产线采用“降温、降碳势”的生产方式来生产Dc=0.55～0.85mm的零件，生产周期基本未改变的情况下，日产量一定，获得最大的经济效益就是在能源上的节约。根据车间长期记录统计显示，吉林炉和双排炉在调试Dc=0.55～0.85mm零件过程中，日耗电量均有不同程度的节约，具体数据见表11、表12。

表11 吉林炉两种浅碳层零件生产工艺能耗对比

按平均电价0.65元/kW·h计算，日节约电能费用825.5元。

表12 双排炉两种浅碳层零件生产工艺能耗对比

7～8月吉林炉、双排炉生产Dc=0.55～0.85mm碳层零件（调试四次）共计装炉225盘，而在三车间现场约有10盘的零件（因批量少，暂不装炉生产），如全部生产完则需要3.672天（235盘×22.5min/盘÷60min÷24h=3.672天），如果本次235盘集中生产的情况下，一般优先选择在吉林炉（单排炉更容易控制）装炉生产，可节约电能：

若在双排炉生产则可节约电能：

但考虑双排炉两条轨生产，A轨生产Dc=0.55～0.85mm浅碳层零件，采用“降温、降碳势”等措施容易影响B轨的产量，并不能达到效益的最大化，通过上述比较，三车间在控制生产Dc=0.55～0.85mm零件时，会采用集中生产的方式，优先考虑在吉林炉（单排炉）生产。

7～8月份三车间在连续渗碳淬火生产线调试，节约的电能折合费用3031.24元，7～8月份生产任务量较小，根据车间2012年以及本年度生产统计数量结合技术质量部下发的Dc=0.55～0.85mm零件清单，该碳层零件渗碳淬火月产量平均约600盘，一年大约7200盘。车间协调、组织生产顺利的情况下，在吉林炉生产，则一年可最大节约电能费用：

7200盘×22.5min/盘÷60min/h÷24h×825.5元/24h=92868.75元

每年节约的电能费用则可视为纯利润，则该项目每年最大收益92868.75元。

通过计算得出，三车间的三条连续渗碳生产线中，吉林炉日耗电量最小。

4.结语

（1）浅碳层零件在连续渗碳淬火生产线上可以通过“降低渗碳温度、碳势”等工艺措施，实现批量化生产。

（2）浅碳层零件控制Dc=0.55～0.85mm，通过对“渗碳温度、碳势以及渗碳时间”的合理调整，在连续渗碳淬火生产线批量生产有利于控制零件的淬火质量，有利于减小渗碳淬火后的变形。

（3）做好浅碳层的生产组织，在连续渗碳淬火线批量化生产有利于节约电能，降低生产成本，提高经济效益。（20131106）