氣體滲碳生產(chǎn)線調(diào)試淺碳層零件

中國(guó)一拖熱處理廠 （河南洛陽 471003） 李忠亮

我廠三車間現(xiàn)有3條連續(xù)氣體滲碳生產(chǎn)線（1條雙排連續(xù)生產(chǎn)線、2條單排連續(xù)生產(chǎn)線），對(duì)20CrMnTi材料的變速箱齒輪產(chǎn)品進(jìn)行批量化滲碳淬火生產(chǎn)。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(duì)于圖樣要求Dc=0.55～0.85mm的零件，由于批量相對(duì)較小，特別是在生產(chǎn)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(tuán)公司對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，我廠通過協(xié)調(diào)生產(chǎn)單位，近期80/90大輪拖零件系列產(chǎn)品、804C-1系列、Sz804系列、MK554系列以及E300系列等小模數(shù)類齒輪集中送熱，三車間決定在連續(xù)滲碳生產(chǎn)線上調(diào)試圖樣要求Dc=0.55～0.85mm的零件，以解決長(zhǎng)期以來困擾我廠滲碳淬火的難題。

我廠技術(shù)部下發(fā)的中輪拖淺碳層零件清單中共計(jì)294種零件，大部分按照滲碳淬火Dc=0.55～0.85mm工藝層深進(jìn)行控制。三車間組織生產(chǎn)骨干對(duì)調(diào)試淺碳層零件進(jìn)行工藝探討，思路是先實(shí)現(xiàn)在單排連續(xù)生產(chǎn)線上批量化生產(chǎn)淺碳層零件，然后再對(duì)雙排連續(xù)生產(chǎn)線（以下簡(jiǎn)稱雙排爐）進(jìn)行調(diào)試。

1.單排連續(xù)滲碳生產(chǎn)線調(diào)試過程

6月份三車間連續(xù)滲碳線只有雙排爐正常生產(chǎn)，其他兩條生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)備檢修。而雙排爐雙軌分別生產(chǎn)不同材料、技術(shù)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(chǎn)品22CrMoH材料），若在雙排爐調(diào)整需要犧牲漢德零件的產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)，所以車間準(zhǔn)備先從生產(chǎn)組織上集中批量的Dc=0.55～0.85mm的零件，在吉林爐（單排連續(xù)生產(chǎn)線）進(jìn)行調(diào)試生產(chǎn)。

三車間吉林爐于2013年7月9日開始進(jìn)零件，考慮到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)初期，機(jī)械故障會(huì)較頻繁，為避免造成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，車間從生產(chǎn)安排上精心策劃：先裝1.1～1.6mm碳層的零件（2個(gè)試塊，即10盤零件，1個(gè)試塊/5盤）→0.8～1.2mm碳層零件（2個(gè)試塊）→調(diào)試Dc=0.55～0.85mm碳層零件。吉林爐生產(chǎn)0.8～1.2mm碳層零件通用工藝主要參數(shù)見表1。

表1 0.8～1.2mm碳層主要工藝參數(shù)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及吉林爐設(shè)備特點(diǎn)，結(jié)合滲碳的3個(gè)工藝要素：滲碳溫度、滲碳時(shí)間及滲碳碳勢(shì)，車間采取“降溫、降碳勢(shì)”工藝措施，在調(diào)試時(shí)工藝參數(shù)見表2。

表2 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數(shù)

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

表3 Dc=0.55～0.85mm碳層首次調(diào)試情況

本次調(diào)試過程中車間各帶班班長(zhǎng)及時(shí)按照車間要求調(diào)整工藝參數(shù)，確保了7個(gè)合格的試棒滲碳淬火要求在Dc=0.55～0.85mm（排除設(shè)備故障影響）。首次調(diào)整取得了預(yù)期的效果，為進(jìn)一步重現(xiàn)Dc=0.55～0.85mm 工藝，7月16～18日吉林爐293～342盤，車間進(jìn)行第二次調(diào)試生產(chǎn)，按照表4工藝參數(shù)執(zhí)行。

表4 Dc=0.55～0.85mm碳層修正后工藝參數(shù)

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(gè)，我廠試驗(yàn)室按照《拖拉機(jī)滲碳淬火金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》做出的金相報(bào)告見表5。

同時(shí)，車間對(duì)本次調(diào)試的313～315盤隨機(jī)各取1個(gè)零件進(jìn)行切檢，金相報(bào)告結(jié)果見表6。

表5 隨爐試棒金相報(bào)告

表6 零件金相報(bào)告

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

2.雙排連續(xù)滲碳生產(chǎn)線調(diào)試過程

鑒于在三車間單排生產(chǎn)線調(diào)試Dc=0.55～0.85mm碳層零件成功后，考慮到生產(chǎn)淡季，車間只安排雙排爐進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，如何解決Dc=0.55～0.85mm零件的生產(chǎn)難題？車間決定安排雙排爐從7月25日在A軌SPA24 –SPA70盤調(diào)試Dc=0.55～0.85mm碳層零件，調(diào)試主要工藝參數(shù)工藝見表7。

表7 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數(shù)

本次共計(jì)裝47盤Dc=0.55～0.85mm碳層零件，放置8個(gè)隨爐試棒（雙排爐A軌7盤放置1個(gè)隨爐試棒），金相報(bào)告結(jié)果見表8。

表8 隨爐試棒金相報(bào)告

車間將SPA33盤零件進(jìn)行隨機(jī)切檢1件，金相檢查結(jié)果見表9。

表9 零件金相報(bào)告

從切檢結(jié)果來看，零件與隨爐試樣金相報(bào)告基本一致，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，通過車間對(duì)工藝的完善，建議在雙排爐A軌生產(chǎn)Dc=0.55～0.85mm碳層零件時(shí)，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(shù)執(zhí)行。

表10 Dc=0.55～0.85mm碳層主要工藝參數(shù)

按照上述工藝參數(shù)，車間于8月4～5日安排雙排爐生產(chǎn)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(xù)滲碳生產(chǎn)線調(diào)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(chǎn)工藝，基本實(shí)現(xiàn)了三車間3條連續(xù)生產(chǎn)線無差別化生產(chǎn)Dc=0.55～0.85mm系列淺碳層零件。

3.雙連續(xù)滲碳生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)Dc=0.55～0.85mm碳層零件

（1）產(chǎn)品質(zhì)量的提高 長(zhǎng)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(shù)協(xié)議，一直按照0.8～1.2mm滲碳層深來控制生產(chǎn)，根據(jù)三車間的生產(chǎn)實(shí)際情況，在連續(xù)生產(chǎn)線上對(duì)0.8～1.2mm碳層的零件生產(chǎn)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(xù)生產(chǎn)線上滲碳淬火的“難題”。7～8月份通過對(duì)吉林爐（單排滲碳淬火生產(chǎn)線）、雙排爐（雙排滲碳淬火生產(chǎn)線）Dc=0.55～0.85mm碳層零件的生產(chǎn)調(diào)試，按照《拖拉機(jī)滲碳淬火齒輪金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》分別對(duì)隨爐試棒、同盤零件進(jìn)行切檢后金相檢驗(yàn)，結(jié)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(xiàn)在以下兩點(diǎn)：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(shì)”的工藝方法，減少了能耗，降低了成本，獲得了高質(zhì)量的產(chǎn)品。

（2）節(jié)約能源，提高了經(jīng)濟(jì)效益 在連續(xù)生產(chǎn)線采用“降溫、降碳勢(shì)”的生產(chǎn)方式來生產(chǎn)Dc=0.55～0.85mm的零件，生產(chǎn)周期基本未改變的情況下，日產(chǎn)量一定，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益就是在能源上的節(jié)約。根據(jù)車間長(zhǎng)期記錄統(tǒng)計(jì)顯示，吉林爐和雙排爐在調(diào)試Dc=0.55～0.85mm零件過程中，日耗電量均有不同程度的節(jié)約，具體數(shù)據(jù)見表11、表12。

表11 吉林爐兩種淺碳層零件生產(chǎn)工藝能耗對(duì)比

按平均電價(jià)0.65元/kW·h計(jì)算，日節(jié)約電能費(fèi)用825.5元。

表12 雙排爐兩種淺碳層零件生產(chǎn)工藝能耗對(duì)比

7～8月吉林爐、雙排爐生產(chǎn)Dc=0.55～0.85mm碳層零件（調(diào)試四次）共計(jì)裝爐225盤，而在三車間現(xiàn)場(chǎng)約有10盤的零件（因批量少，暫不裝爐生產(chǎn)），如全部生產(chǎn)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(chǎn)的情況下，一般優(yōu)先選擇在吉林爐（單排爐更容易控制）裝爐生產(chǎn)，可節(jié)約電能：

若在雙排爐生產(chǎn)則可節(jié)約電能：

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

7～8月份三車間在連續(xù)滲碳淬火生產(chǎn)線調(diào)試，節(jié)約的電能折合費(fèi)用3031.24元，7～8月份生產(chǎn)任務(wù)量較小，根據(jù)車間2012年以及本年度生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)量結(jié)合技術(shù)質(zhì)量部下發(fā)的Dc=0.55～0.85mm零件清單，該碳層零件滲碳淬火月產(chǎn)量平均約600盤，一年大約7200盤。車間協(xié)調(diào)、組織生產(chǎn)順利的情況下，在吉林爐生產(chǎn)，則一年可最大節(jié)約電能費(fèi)用：

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

每年節(jié)約的電能費(fèi)用則可視為純利潤(rùn)，則該項(xiàng)目每年最大收益92868.75元。

通過計(jì)算得出，三車間的三條連續(xù)滲碳生產(chǎn)線中，吉林爐日耗電量最小。

4.結(jié)語

（1）淺碳層零件在連續(xù)滲碳淬火生產(chǎn)線上可以通過“降低滲碳溫度、碳勢(shì)”等工藝措施，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

（2）淺碳層零件控制Dc=0.55～0.85mm，通過對(duì)“滲碳溫度、碳勢(shì)以及滲碳時(shí)間”的合理調(diào)整，在連續(xù)滲碳淬火生產(chǎn)線批量生產(chǎn)有利于控制零件的淬火質(zhì)量，有利于減小滲碳淬火后的變形。

（3）做好淺碳層的生產(chǎn)組織，在連續(xù)滲碳淬火線批量化生產(chǎn)有利于節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。（20131106）