氣體滲碳生產線調試淺碳層零件

中國一拖熱處理廠 （河南洛陽 471003） 李忠亮

我廠三車間現有3條連續氣體滲碳生產線（1條雙排連續生產線、2條單排連續生產線），對20CrMnTi材料的變速箱齒輪產品進行批量化滲碳淬火生產。滲碳層深基本包括了0.8～1.2mm、1.1～1.6mm、1.3～1.8mm、1.4～1.9mm等工藝碳層。但對于圖樣要求Dc=0.55～0.85mm的零件，由于批量相對較小，特別是在生產組織上較困難，我廠一直按著0.8～1.2mm（或Dc=0.7～1.0mm）碳層控制。隨著集團公司對產品質量要求的提高，我廠通過協調生產單位，近期80/90大輪拖零件系列產品、804C-1系列、Sz804系列、MK554系列以及E300系列等小模數類齒輪集中送熱，三車間決定在連續滲碳生產線上調試圖樣要求Dc=0.55～0.85mm的零件，以解決長期以來困擾我廠滲碳淬火的難題。

我廠技術部下發的中輪拖淺碳層零件清單中共計294種零件，大部分按照滲碳淬火Dc=0.55～0.85mm工藝層深進行控制。三車間組織生產骨干對調試淺碳層零件進行工藝探討，思路是先實現在單排連續生產線上批量化生產淺碳層零件，然后再對雙排連續生產線（以下簡稱雙排爐）進行調試。

1.單排連續滲碳生產線調試過程

6月份三車間連續滲碳線只有雙排爐正常生產，其他兩條生產線進行設備檢修。而雙排爐雙軌分別生產不同材料、技術要求的零件，即A軌0.8～1.2mm層深零件（20CrMnTi），B軌Dc=1.4～1.7mm零件（漢德系列產品22CrMoH材料），若在雙排爐調整需要犧牲漢德零件的產量來實現，所以車間準備先從生產組織上集中批量的Dc=0.55～0.85mm的零件，在吉林爐（單排連續生產線）進行調試生產。

三車間吉林爐于2013年7月9日開始進零件，考慮到設備運轉初期，機械故障會較頻繁，為避免造成對產品質量的影響，車間從生產安排上精心策劃：先裝1.1～1.6mm碳層的零件（2個試塊，即10盤零件，1個試塊/5盤）→0.8～1.2mm碳層零件（2個試塊）→調試Dc=0.55～0.85mm碳層零件。吉林爐生產0.8～1.2mm碳層零件通用工藝主要參數見表1。

表1 0.8～1.2mm碳層主要工藝參數

根據實際生產經驗及吉林爐設備特點，結合滲碳的3個工藝要素：滲碳溫度、滲碳時間及滲碳碳勢，車間采取“降溫、降碳勢”工藝措施，在調試時工藝參數見表2。

表2 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數

7月10日裝爐生產，如上工藝執行操作，從吉林爐第40～102盤，裝63盤，隨爐試棒13個（5盤放置一個隨爐試棒），具體情況見表3。

表3 Dc=0.55～0.85mm碳層首次調試情況

本次調試過程中車間各帶班班長及時按照車間要求調整工藝參數，確保了7個合格的試棒滲碳淬火要求在Dc=0.55～0.85mm（排除設備故障影響）。首次調整取得了預期的效果，為進一步重現Dc=0.55～0.85mm 工藝，7月16～18日吉林爐293～342盤，車間進行第二次調試生產，按照表4工藝參數執行。

表4 Dc=0.55～0.85mm碳層修正后工藝參數

本次一共集中50盤同滲碳層要求的零件，放置隨爐試棒10個，我廠試驗室按照《拖拉機滲碳淬火金相檢驗標準》做出的金相報告見表5。

同時，車間對本次調試的313～315盤隨機各取1個零件進行切檢，金相報告結果見表6。

表5 隨爐試棒金相報告

表6 零件金相報告

切檢零件基本與隨爐試樣一致，符合滲碳淬火質量控制方面的標準。通過兩次在吉林爐的調試，三車間基本可以控制零件的滲碳淬火質量在工藝要求范圍，也符合“降低滲碳溫度、碳勢”來降低滲碳層深的原理。吉林爐成功調試出合格的Dc=0.55～0.85mm碳層的零件，為下一步在雙排爐調試提供了經驗。

2.雙排連續滲碳生產線調試過程

鑒于在三車間單排生產線調試Dc=0.55～0.85mm碳層零件成功后，考慮到生產淡季，車間只安排雙排爐進行生產作業時，如何解決Dc=0.55～0.85mm零件的生產難題？車間決定安排雙排爐從7月25日在A軌SPA24 –SPA70盤調試Dc=0.55～0.85mm碳層零件，調試主要工藝參數工藝見表7。

表7 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數

本次共計裝47盤Dc=0.55～0.85mm碳層零件，放置8個隨爐試棒（雙排爐A軌7盤放置1個隨爐試棒），金相報告結果見表8。

表8 隨爐試棒金相報告

車間將SPA33盤零件進行隨機切檢1件，金相檢查結果見表9。

表9 零件金相報告

從切檢結果來看，零件與隨爐試樣金相報告基本一致，達到了預期的目標，通過車間對工藝的完善，建議在雙排爐A軌生產Dc=0.55～0.85mm碳層零件時，搭裝同材料的1.1～1.6mm（或Dc=1.1～1.6mm、Dc=1.3～1.5mm）的零件，雙排爐工藝可以按表10工藝參數執行。

表10 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數

按照上述工藝參數，車間于8月4～5日安排雙排爐生產65盤Dc=0.55～0.85mm碳層零件，隨爐試棒全部滿足工藝要求。在雙排連續滲碳生產線調試Dc=0.55～0.85mm碳層零件的成功，更加完善了三車間在滲碳層深≤1.0mm零件的生產工藝，基本實現了三車間3條連續生產線無差別化生產Dc=0.55～0.85mm系列淺碳層零件。

3.雙連續滲碳生產線實現生產Dc=0.55～0.85mm碳層零件

（1）產品質量的提高 長期以來，由于Dc=0.55～0.85mm碳層零件批量較少，基本不能集中組織送熱，按照我廠同齒輪廠技術協議，一直按照0.8～1.2mm滲碳層深來控制生產，根據三車間的生產實際情況，在連續生產線上對0.8～1.2mm碳層的零件生產工藝成熟，過程控制較容易，而Dc=0.55～0.85mm碳層的零件一直是三車間在連續生產線上滲碳淬火的“難題”。7～8月份通過對吉林爐（單排滲碳淬火生產線）、雙排爐（雙排滲碳淬火生產線）Dc=0.55～0.85mm碳層零件的生產調試，按照《拖拉機滲碳淬火齒輪金相檢驗標準》分別對隨爐試棒、同盤零件進行切檢后金相檢驗，結果獲得了合格的硬化層深度、硬度以及金相組織，主要意義體現在以下兩點：①加快了滲碳周期，降低了滲碳溫度，有效地控制了滲碳層深度，有利于控制滲碳淬火變形。②采用“降溫、降碳勢”的工藝方法，減少了能耗，降低了成本，獲得了高質量的產品。

（2）節約能源，提高了經濟效益 在連續生產線采用“降溫、降碳勢”的生產方式來生產Dc=0.55～0.85mm的零件，生產周期基本未改變的情況下，日產量一定，獲得最大的經濟效益就是在能源上的節約。根據車間長期記錄統計顯示，吉林爐和雙排爐在調試Dc=0.55～0.85mm零件過程中，日耗電量均有不同程度的節約，具體數據見表11、表12。

表11 吉林爐兩種淺碳層零件生產工藝能耗對比

按平均電價0.65元/kW·h計算，日節約電能費用825.5元。

表12 雙排爐兩種淺碳層零件生產工藝能耗對比

7～8月吉林爐、雙排爐生產Dc=0.55～0.85mm碳層零件（調試四次）共計裝爐225盤，而在三車間現場約有10盤的零件（因批量少，暫不裝爐生產），如全部生產完則需要3.672天（235盤×22.5min/盤÷60min÷24h=3.672天），如果本次235盤集中生產的情況下，一般優先選擇在吉林爐（單排爐更容易控制）裝爐生產，可節約電能：

若在雙排爐生產則可節約電能：

但考慮雙排爐兩條軌生產，A軌生產Dc=0.55～0.85mm淺碳層零件，采用“降溫、降碳勢”等措施容易影響B軌的產量，并不能達到效益的最大化，通過上述比較，三車間在控制生產Dc=0.55～0.85mm零件時，會采用集中生產的方式，優先考慮在吉林爐（單排爐）生產。

7～8月份三車間在連續滲碳淬火生產線調試，節約的電能折合費用3031.24元，7～8月份生產任務量較小，根據車間2012年以及本年度生產統計數量結合技術質量部下發的Dc=0.55～0.85mm零件清單，該碳層零件滲碳淬火月產量平均約600盤，一年大約7200盤。車間協調、組織生產順利的情況下，在吉林爐生產，則一年可最大節約電能費用：

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

每年節約的電能費用則可視為純利潤，則該項目每年最大收益92868.75元。

通過計算得出，三車間的三條連續滲碳生產線中，吉林爐日耗電量最小。

4.結語

（1）淺碳層零件在連續滲碳淬火生產線上可以通過“降低滲碳溫度、碳勢”等工藝措施，實現批量化生產。

（2）淺碳層零件控制Dc=0.55～0.85mm，通過對“滲碳溫度、碳勢以及滲碳時間”的合理調整，在連續滲碳淬火生產線批量生產有利于控制零件的淬火質量，有利于減小滲碳淬火后的變形。

（3）做好淺碳層的生產組織，在連續滲碳淬火線批量化生產有利于節約電能，降低生產成本，提高經濟效益。（20131106）