对连续渗碳炉的技术改造

来源:热处理工程师手册作者:崔振铎


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拖拉机与农用运输车   5 期 2004 年 10 月 第

对连续渗碳炉的技术改造
周丽红1   智爱娟2   任凤章1
(1. 471003   河南科技大学   471000   2. 洛阳师范学院)

摘要   对连续渗碳直淬炉炉体隔墙 、 分区情况 、 炉体风扇 、 炉内道轨等结构方

面和炉内气氛控制方面存在问题进行 了分析 ,并针对问题进行了一系列的技术改造 ,且对改造效果进行了试验考核和生产考核 。结果表明 , 炉子改造后 渗碳齿轮的渗层均匀性 、 合格率和优良率均有明显提高 。 关键词 : 渗碳炉   连续热处理   技术改造

   世纪 70 年代自制了连续气体渗碳直淬炉 ,由 20 于结构不太合理 、 控制水平较低 ,所生产齿轮零件层 深不均 、 碳化物和残余奥氏体级别较高 。为提高产 品质量 ,对该设备进行了技术改造 。改造后 ,产品质 量明显提高 。

1  技术改造及分析
针对炉体结构的不合理性和气氛控制水平低 下 ,对炉子进行了以下技术改造 。 1. 1   炉体结构改造 1. 1. 1   重新分区和各区间加低拱隔墙 渗碳炉改造前分为四区 ,依次为加热区 ( 一区) 、 强渗区 ( 二区) 、 扩散区 ( 三区) 、 降温区 ( 四区) 。加热 区料盘较多 ,并通富化气 ( 丙烷或丁烷) 渗碳 ; 由于其 前段的零件是刚进入渗碳炉不久 , 所以同盘上各零 件以及一个零件的各部位的温度都不相同 , 使在该 区通富化气渗碳势必造成渗碳层深不均匀 ( 尤其在 改变推料周期时 ) , 影响产品质量 。基于此 , 将渗碳 炉炉体重新分区 , 分成五区 , 依次为加热区 ( 一区 ) 、 强渗一区 ( 二区) 、 强渗二区 ( 三区) 、 扩散区 ( 四区) 、 降温区 ( 五区) 。并重新分布了各区的料盘数 。加热 区料盘数减少 ,且不通富化气 。 改造前 ,各区之间由高拱隔墙分开 ,隔墙面积仅 占炉膛截面积的 21 % , 整个炉膛基本上贯通 。改造 后各区之间由低拱隔墙分开 , 隔墙面积占炉膛截面 积的 59 % ,各区之间明显分开 。这样就减少了各区 之间气氛的干扰 , 使得各区内的气氛 、 温度更加均 匀 ,也易于控制各区的气氛 。改造前后隔墙简图如 图 1 所示 。 1. 1. 2   风扇改造 炉体风扇改造前为小风叶离心风扇 。使用中 , 由于风扇下端轴承距风叶较远 ( 646 mm) , 且轴的下 端温度较高 ,使用时常发生风扇轴变弯而无法使用
图2  改造前后风扇简图 图1  各区之间隔墙简图

的现象 ,造成停炉 。风扇轴需经常维修 ( 校直) ,且须 一年更换一次 。同时 ,该风扇风量较小 ,影响炉内气 氛的均匀性 。参考国外的先进设备 , 将风扇改为大 风叶六叶离心水套冷却风扇 。风扇的下端轴承距风 叶距离较近 ( 446 mm) ,且由于水套的作用 ,轴的下端 温度较低 ,使用中轴不易发生弯曲变形 ,一般能使用 3 年以上 , 使因风扇故障造成停炉次数明显减少 。 改造前后风扇简图如图 2 所示 。

1. 1. 3   道轨改造

炉内道轨改造前为三根并排长道轨 ,两侧的道轨 各带一短导向。道轨长 , 导向间距大 , 约 2 110 mm , (见图 3a) ,使料盘在行进过程中易偏斜较多而顶住道 轨导向 ,从而造成道轨损坏 ,被迫停炉。改造后 ,导轨 采用三位一体的短导轨 ,每段短道轨都带有导向 ,导 向间距较小 ,仅约 150 mm ( 见图 3b) ,料盘在行进过程 中的偏斜得以及时纠正。并且短导轨变形较小 ,从而 使使用寿命延长。改造前后道轨结构如图 3 所示。

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周丽红等 : 对连续渗碳炉的技术改造

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图4  碳势微机控制原理

2  效果及分析
对改造后的渗碳炉进行了试验考核和近 3 年的 生产考核 ,考核结果如下 。 2. 1   同盘零件层深均匀性考核 改造后同盘零件渗碳层深均匀性情况用同盘上 零件 9 点位置渗碳层深差异进行考核 , 其考核结果 如表 1 所示 。表 1 中 1 ~ 9 位置分别为一盘零件上 下 8 个顶点及中间位置 。 由试验结果可以看出 ,三组试验最大层深差仅为 0. 15 mm (改造前为 0. 25 mm) ,并且共析层深与总层深 之比大于 50 % (改造前仅大于 40 %) ,改造效果明显。 渗碳层深均匀性提高的主要原因 : 一方面是在 温度不均匀的加热区不通富化气渗碳 。另一方面是 各区之间加低拱隔墙 ,并加大了风扇风叶 ,使各区的 气氛 、 温度更加均匀 。并且重新分布了各区的料盘 数 ,强渗区与扩散区料盘分布更加合理 。
mm
6 0. 90/ 1. 70 0. 90/ 1. 70 1. 25/ 1. 95 7 0. 80/ 1. 60 0. 95/ 1. 70 1. 30/ 2. 05 8 0. 85/ 1. 65 0. 95/ 1. 75 1. 25/ 2. 00 9 0. 85/ 1. 60 0. 95/ 1. 70 1. 20/ 1. 95 4 0. 80/ 1. 55 0. 90/ 1. 70 1. 30/ 2. 00 5 0. 90/ 1. 70 0. 85/ 1. 70 1. 20/ 1. 95

图3  改造前后道轨简图

1. 1. 4   前后增加调压水封

前后室各增加了一个调压水封 , 通过调整水封 内的水位高度可随时调整炉压和改变炉子前后排气 情况 。 1. 2   炉内气氛控制系统改造 改造前炉内一 、 、 、 二 三 四区均通富化气 ,各区富 化气量大小由于手动流量计来控制 。改造后炉内 二、 、 、 三 四 五区通富化气 ,各区富化气量大小由碳势 微机 控 制 系 统 控 制 。碳 势 微 机 控 制 原 理 如 图 4 所示 。

表 1   点层深均匀性试验结果 9
位    置 一组 共析/ 总层深 二组 三组
1 0. 80/ 1. 60 0. 90/ 1. 70 1. 30/ 2. 00 2 0. 85/ 1. 55 0. 85/ 1. 65 1. 25/ 1. 95 3 0. 90/ 1. 70 0. 90/ 1. 65 1. 30/ 2. 05

2. 2   不同盘层深均匀性 、 零件合格率及优良率对比

后的 95. 60 % 。 由以上结果可以看出 , 改造后零件渗碳层层深 控制 、 合格率及优良率明显提高 。其主要原因一方 面是通过对炉内道轨 、 炉体风扇的改造 ,设备故障率 明显减少 。另一方面是改造后炉内气氛更加均匀 , 且实现了碳势微机控制 , 各区炉内气氛碳势能控制 在 ±0. 05 % 以 内 、 件 表 面 碳 浓 度 能 控 制 在 零 ± 075 %以内 。而改造前 , 炉内碳势靠出炉试块结 0. 果和经验调整流量计流量大小来控制 , 且炉内碳势 亦无精确的检测手段 。

在同一工艺下 ,每 7 盘零件放一试块 ( 放于料盘 同一位置) ,对 5 个试块层深均匀性作试验 , 试验结 果如表 2 所示 。
表2  层深均匀性控制结果 ( 材料 20CrMnTi   同期 30min)
盘    号 试块号 共析层深/ mm 总渗层深/ mm
1 1 0. 65 1. 25 8 2 0. 70 1. 25 15 3 0. 65 1. 25 22 4 0. 75 1. 30 29 5 0. 65 1. 30

  由 表 2 可 以 看 出 , 5 个 试 块 最 大 层 深 差 仅 为
0. 05 mm ,改造前 5 个试块最大层深差常达 0. 30 mm 。

另外 , 对改造前连续 1 年和改造后连续 1 年随 炉试块 ( 代表零件) 的合格率 、 优良率 ( 碳化物和残余 奥氏体级别均匀小于或等于 3 级) 作对比 ,试块的合 格率由改造前的 97. 22 %上升到改造后的 98. 54 % ; 合格试块中优良率由改造前的 85. 84 %上升到改造

3  结束语
通过上述 ,说明对该连续渗碳炉的技术改造是 成功的 ,也为其它类似炉子的改造与技术提升积累 了经验 。
( 收稿日期 :2004 - 03 - 01) ( 编辑     ) 齐 亮

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