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1、活塞销氮基气氛渗碳的设备及工艺 牛恩善 张可范 一汽集团嘉信公司吉林 长春 1 3 0 0 1 1 信阳内 燃机配件总 厂 河南 信阳 4 6 4 0 0 0 一 前言 九十 年代末 期，随 着国内 高纯氮气 源制 备 技术的 飞 速发展 ，国内 氮 基气氛 热处理工 艺已 开始走向普及应用和发展阶 段. 为了 满 足活 塞销渗 碳、 中 冷、 再 加热淬 火等 主要工 序工艺 要求， 提高活 塞梢热处理 工艺水平。一汽集团鑫 信公司为国内 最大的活 塞销生产专业厂 信阳内配总厂开发制造了 活 塞销氮 基气氛渗 碳(E n d o m i a 法 ) 生 产线. 该生 产线经过冷、热 运行 调
2、整和试生 产后，已 于 今年五月 正式 验收 投产.其活塞销 质量 经九点 渗 碳质量 检验， 完 全 达到了J B / T 8 1 1 8 - 1 9 9 7 内 然机活 塞 销技术条 件 要求 . 现将 该生 产线的 结构 特点 及氮 基气氛 渗碳工艺 调整的 有关 技术讨 论如下，以 供有关 人员参考. 二.设备结构特点 该生 产线主要由预处理炉、 渗碳炉、中 冷室、再加热炉、淬火( . 构 棺、清洗机、 回 火 炉、 机械 传动系 统和电 控、温 控、 碳控、 程控及计算机集 散式 通迅 管理等自 动 化系 统组成。如下图 所示. 该生产线的 设备结 构，是在充 分考 虑到 铭 朱材料
3、活 塞梢采 用氮 基气氛 渗 碳工艺 特点 的同时 ，在 设计上 其有以 下结 构特点: 1 .具 有氮气 + 甲 醉+ 丙 明等 工艺 节路 进排气系统， 在渗 碳炉上 采 用氮 基气氛渗碳 新工艺 . 2 . 采用筑探头、 碳控 仪、 电 滋阀 对渗碳炉气 碳势 进行自 动 控制. 3 . 采用 P I D匆能 化沮 控 仪表、 拉谧报 势双电 偏、 变时 基调功 器 等东 统对 渗雄炉和再加 热 炉 进行温 度控制. 4 采用可 摘 粗序 控制 界，对生 产线 运行程序实 行自 动、 手动 控制. 5 . 采用计算 机集徽式 通迅节理拉创系统，对生 产线的 谧度、 碳势、 动作程序实施集
4、傲 式监视和控钊. 4 . 6 .生 产线 的 渗 碳炉 和 再 加 热 炉 ， 采 用电 辐 射 管 加热 元 件 使 用 寿 命 长 维 修方 便 ， 有 效 提高了 设备使用年时 墓数。 了 .该生 产线 设有预处 理炉，从而能 有效 地 提高活 塞销的 渗碳速 度和渗层的均匀性. 8 .由 于 活塞 梢是在 5 0 0 左右自 中 冷室 进入再 加热炉， 从而 可以 有效 地利用余热 再 加 热淬火. 9 .中 冷室 冲入氮 气冷却和 保护工 件， 有效安全可靠. 三 氮基气氛渗碳工艺的设计与调试 该生产线的 氮 基渗 碳气氛 ，是由中 空纤 维模分离空分制氮 机 提供的 氮气+ 甲
5、醉和丙 酮滴 注裂解气氛 组成. 据有关技 术资 料统 计，近十年来只有为数 不多的 井式 炉、 辊捧炉 和多 用炉采 用氮 基气氛热处 理I1 . 在连续 渗碳炉上应 用氮 墓气氛 渗 碳工艺，目 前 在国内 热处理行业还是首例. 1 .该生 产线的 调试工艺 参数如下 : 予处理炉渗 破 炉中 冷室 1 ( 4 5 0 6 朋 ) 5 再加热炉 1 8 6 0 1 . 0 9309.5一31.1 3355352 ，1.氏乙1. 区 段1 2 1 2 温度4 5 0 4 5 0 9 2 0 9 3 0 甲 酵L / h一一0 . 3 1 . 2 丙酮L / h 一一一2 . 0 氮气m /
6、h 5 2 . 5 设定碳势C %一1 . 0 快速淬 火油 : 6 0 r- 清洗机水沮 : ， 0 低沮回火炉 : 1 7 4 - 1 8 4 0 推料周期: ( ” 层深 0 . 5 一 1 . l m m , ( 2 ) 层深 1 . 0 一 1 . 4 m m , 2 . 采用九点 法时活 塞 梢质任进行检脸 3 0 - 3 5 m i n 4 0 一4 5 m i n 在 设 备 验 收 中 共 作 了 三 选 同 扮 盘 九 点 法 质 f 检 脸 工 作 ， 试 祥 为 : 6 1 0 5 4 活 塞 铆 ， 材 料 为2 0 C r. 技 术 条 件 :( l ) 外 圈 表
7、 面 碳 层: 0 . 5 一 l . I N K内 孔 谈 居 : 砚 0 . 4 m m . ( 2 ) 外圈 表面硬度BC 5 8 一 4 ;i,zz 部硬 度 M C 2 4 - 4 5. f 3 3 金 相 血 织 : 马 氏 体 级 别卜5 级; 咬 化 钧 级 别1 一 3 级。 九点法 质里 检脸标准 : “) 破 层均匀 性 土 衣1 . 口; ( 2 ) 淬 火 硬度 位分 徽 度 土 1 . 5 - 皿 C; ( 3 ) 衡氏 体级别 1 一 5 级;砚化物 级别 1 - 2 级. 九点法质f 检验结 果如下 : 盘号 表百 硬度 心 钾硬度外 ，碳层内 孔 咬层马氏 体
8、级 别 破化物级别 偏差H R C 伯差H R C偏差二. 1土1 . 2 5 11 . 5 . . 1 认0 7 仪4 0 2 - 4 : 1 - 2 2 1 1 . 2 5 1 t . 5、1 0 . 0 4 0 . 4 8卜4一 -1 3士1 . 0生2 . 0土众0 4 0 . 4 0 2 - 4 1 砍 奉 c 二 四.工艺技术分析 在 连续 渗碳炉上应用氮 墓气氛 渗碳工艺 ，与 井式 炉、 密封 箱式 多 用炉试验的 氮墓气 氛 渗碳工艺 相比(2 ) 3 1 ，在工 艺 及设备 上有 很大 特点 . 现分析如下 : 1 . 对氮气 纯 度的 要求 据资料介绍 ，国内 外一 些热
9、处 理厂家对氮气 纯度的要 求，一 般为 9 9 . 5 一 9 9 . 9 9 % . 连续渗 碳炉氮 墓气氛 渗 碳工艺w ，经调试认为 渗 碳和淬火 用的氮气纯 度 9 8 . 5 % ，中 冷 室 用的氮气纯度 9 9 . 9 % ，即可满 足工艺要求. 为 连 续 炉 配 套 的 是 天 津 凯 德 实 业 有 限 公司 制 造的H P X - 7 2 0 1 中 空 纤 维 膜 分 离 制 氮 设 备，现 场配装1 0 m 3 和S m 3 储气罐 各一 个，落点 : 一 叨 ; 工作压力: 9 9 . 9 % 的 氮气 保护.有 效的 控制活塞梢冷却降沮至 5 0 0 左右，使活
10、塞销获得满意的淬火查相组织是该工艺最 大特点. 控制和调节中 冷室的 冷却能 力以满 足工艺要求是十分重要的 ，在冷却能力不变的前 提下 ，应主要 控制工 件在中 冷室内 的 停留 时问 .以 每 件 0 . 5 5 狂 每盘 装 3 2 0 件的 活 塞销 为例， 在中 冷室 停留 冷却 分 别为3 0 . 4 5 . 9 0 m i a 时 ， 其沮 度将分 别降到5 0 0 . 4 5 0 . 2 5 0 . 反之则应 该调 整中 冷室的 冷却 速 度，以 满 足工艺 要求. 6 . 连续 渗 碳炉共 分四 个区 ， 其中 一、二区 为 加热区 ，三区 为 渗成区四区 为 扩散区 .在
11、工 艺 调 试过程中 ， 对各区 工艺 沮 度的 设计调整比 较大 .工艺 调试初期，各区 沮 度是:8 6 0 - 9 0 0 - 9 3 0 - 9 1 0 。在试生 产中 ，调整各区 沮度为:9 2 0 - 9 3 0 - 9 3 5 - 9 3 0 . 实 验证明 ，在其它 工艺 参 数不变的 前提下， 相对提商 各区 沮 度便各区 都处 在渗 碳工 艺 沮 度下 ，能 明 显的 提高 渗 碳 速度约2 0 % . 7 . 工艺 调式 证明 ，活 塞梢 采 用吊 挂夹具 ，适当 提高风 机转数 提高 风扁搅拌能 力 ，是保证 孔壁 渗层 达到 技术 标准的两 项关 健技术措施. 在工艺
12、 调试初期， 九点 内孔渗层 检验结 果为:无 或稍有增 碳样件占4 4 % ，层深亚 共析0 . 1 3 一 。 . 3 2 .占3 8 % ，层 深。 . 2 3 一 0 . 2 9 m占1 8 % . 孔壁渗层i i i % 不 合格- 工艺 调试中 ，完 成上 述两 项技 术改 进后，内 孔渗层 1 0 0 % 0 . 4 m u ,全却达到活塞 乎 7 一一一一一一-. 销技术标准要求. 五.结论 1 该氮基气氛生 产线满足了 活 塞梢渗 碳一中 冷一再加热淬 火等工艺 要求. 规模化、高品 质热处理生产活塞销莫定了 设备墓础. 为专业化、 2 ，在 连续渗碳炉上采用氮 基气氛 渗碳
13、工艺，对渗 破沮度、 中 冷方法等多 项工艺 参数进行的 调试和 探索， 工艺墓础。 氮气 纯度、 碳势控. 方法 及 为 今后氮 塞气氛 工艺的 推广和 应用莫定了 3 . 据调查中空 纤维模制氮设备投资每立 方米约一万元，与R X - 气 体发生 炉设备投资相 当 。制氮每立方米所耗的电能为 0 . 2 5 k W . h / m ; ,氮 墓气氛渗碳工艺不仅节约能 派，而 且 能大幅 度降低 生产成 本，是应该全面推 广的 好工艺. 参考文献 川赴美氮 基气氛 考察报告 金属热处理1 9 8 3 . 4 2 l 氮 基热处理多 用炉与节能 日 . 热 处理1 9 8 3 . 4 3 l
14、氮 基气氛 渗碳及其 碳势控制 第一 届气 体渗碳及碳氮 共 渗学术交 流会 ， 论文集 1 9 8 7 . 8 4 l 热 处理手 册第2 版 机械工业出 版社 1 9 9 1 . ， 族p 5 3 ) 表 3 C 级 钢机械性能 试验结果 ( 标准G B / T 7 4 2 5 - 9 8 ) # A tk a 5 s 0 4 P a ) 6 b ( M p g )s(S ) v M A D ( 刀 4 1 56 2 0 2 24 53 4 1 0 - 2 15 2 7 . 0 6 9 7 . 82 44 8 3 5 1 0 - 1 35 3 4 . 56 8 2 . 92 6 5 1 4
15、 2 1 0 - 2 74 3 8 . 76 9 32 5 . 65 1 . 专 3 9 1 2 - 64 3 2 . 86 3 8 . 0 2 2 3 4 5 ” . 3 6 1 -74 5 36 5 77 5 . 6 4 i 3 吕 屯咨 6 - 14 1 5 , 36 4 8 . 2 2 24 9 . 9 归 6 - 74 4 56 6 4 . 82 4 . 4 亡4 5 -: 4 2 5 - 3 04 4 0 . 96 5 5 , 72 44 9 ，4 3 - 经 一 年 生 产 使 用 表 明 ， 改 造 后 的 台 车 炉 可 满 足 毅 岔 和 牢 切 尾 框 的 热 资 理 工 艺 姿求 ， 产 品 质 I t 较 好， 热 处 理 成 本 较 低， 同 时 工 人 劳 动 条 件 拜到 明 里 饭 吞 . 抓 利 用 本 厂 熔 燎 炉 的 电 炉 交 压 彩 为 合 车 炉 供 电 ， 省 去了 交 压 祥 增 容 费 月， 为 合 牢 炉 改 造 创造了 条 件.台 车炉 挂侧系 统 安全可 寒、控遥精度高.娜“ 卜; 梦 8
