专利名称：一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺。
背景技术：
为了大批量生产齿轮等的化学热处理，热处理加工企业一般都采用贯通式连续作业气体渗碳炉生产。工件装在料盘上，料盘由进料端依次排列至出料端，每隔一定时间例如 30分、45分或60分，由推杆机构将料盘向前推进一步。工件在炉中进行渗碳，按料盘数及渗层深度与渗碳速度来决定推料周期的时间。按步进式推料方式至出料端。出炉后即可进行淬火。需要压淬时则由机械手自料盘上取出，传统采用的连续式渗碳流水生产线示意方框图如图1所示。生产线由预氧化炉、连续式气体渗碳炉、淬火油槽、机械手、淬火压床等组成。料盘上的工件流动靠推拉料机械设备及电气控制设备自动或手动运行。渗碳炉按渗碳工艺过程划分为5个独立工作区，各区功能有所不同，由于I-V区均系一个贯通的炉膛，各区之间不可能设置隔墙，阻断料盘的连续推进。这就造成了两个区域之间炉气碳势相互干扰，炉膛中部分渗碳乏气需由前后两个排气口排出点燃烧掉，以免造成污染。这就造成各区碳势Cp难以准确控制。更为有害的是由IV、V两区Cp设定值很低， III区具有较高碳势Cp的气体流入后必需打入空气才能将Cp降至较低的设定值，这就造成渗碳表面形成黑色组织，其硬度降至标准最低值HRC58或更低，导致该齿轮产生早期磨损及疲劳破坏，寿命大幅下降。
发明内容
为了克服贯通式连续作业气体渗碳炉所存在的区域之间炉气碳势相互干扰，炉膛中部渗碳乏气需由前后两个排气口排出点燃烧掉，以免造成污染，各区碳势Cp难以准确控制，渗碳表面形成黑色组织，导致该工件产生早期磨损及疲劳破坏，寿命大幅下降等问题我们发明了双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，将贯通式稀土渗碳连续炉炉膛建设成呈之字型排列的双炉膛，第一炉膛为渗碳速度控制炉膛，第二炉膛为渗层组织控制炉膛。第一炉膛分为I、II、III区，第二炉膛分为IV、V区，两个炉膛之间通过闸门联通或隔断，利用横向推料机构将III区的料盘推向IV区。各区采用的基本工艺特征参数如下第一炉膛1区860-880 °C，Cp 不控，II 区920 °C XCpl. 20-1. 25 % ；III 区 9300C XCpl. 30-1. 4% ；第二炉膛JV 区880—890°C XCpl. 1-1. 2% ；V g :860-840°C XCpO. 9-1. 0%o推料周期25-27分钟。
第一炉膛其进料端与预氧化炉连接，第二炉膛其出料端与机械化淬火油槽及机械手和淬火压床相连。两个炉膛之间通过闸门相通，闸门的另一个作用是将两个炉膛的炉气隔断，以便根据功能需要调整各自的温度与碳势。本发明一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺的优点为1、使渗碳速度显著提高与西方工业国传统渗碳工艺相比，可提高渗碳速度30 %以上，与国内相比，可提高渗碳速度20 30%。稀土与碳共渗时，不仅使渗剂分解速度快，净化工件表面，增大固气界面反应速度，从而使活性碳原子[C]扩散系数D提高50%。使工艺推料周期缩短，提高了生产效率，节能降耗减排效果十分显著。2、改变工艺条件使渗层组织更好，性能及寿命大幅提高经过大量研究与生产应用证明，使用双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，严格按着本发明所列工艺操作条件进行操作，通过闸门将两个炉膛的炉气隔断，以便根据功能需要调整各自的温度与碳势。由于各自独立，对于IV、V区碳势的调整无须采用常规渗碳打空气的方法进行，从而避免了产生有害的黑色组织。并可准确控制IV、V区的温度与碳势。 以便生产出稀土渗碳标准的优化渗碳组织，即渗层过共析区特别是表层碳化物K呈细小弥散颗粒状；其基体为隐晶状超细马氏体；过共析、共析及亚共析区各占1/3。在渗层的过共析区奥氏体晶体内与晶界均能同时沉淀析出细小弥散颗粒状碳化物K，从而避免了原传统工艺只沿晶界特别是三角晶界析出不合格粗大碳化物K。使渗碳表层获得细小弥散碳化物K，大大提高了载重车驱动桥齿轮付的表面硬度与耐磨性，避免因表面硬度太低所引起的早期磨损，疲劳寿命短这一重大关键问题。性能强度与韧性同步提高，大大提高工件的疲劳抗力与承载能力，将使工件的使用寿命超过西方产品水平。3、提高了炉气的碳势控制精度，减少了相互干扰，使工艺参数的设置与调整变得简单容易，工艺运行的稳定性与可靠性大大提高。不仅使渗碳周期进一步缩短，提高工效可达到30%，而且容易获得最佳金相组织，从而保证了产品使用寿命达到最好水平。
图1连续渗碳炉工件渗碳淬火流程2双炉膛式连续稀土渗碳炉结构简图及工艺参数
具体实施例方式一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，将贯通式稀土渗碳连续炉炉膛建设成呈之字型排列的双炉膛，第一炉膛为渗碳速度控制炉膛，第二炉膛为渗层组织控制炉膛。两个炉膛之间通过闸门联通或隔断。第一炉膛分为I、II、III区，第二炉膛分为IV、V区，利用横向推料机构将III区的料盘推向IV区。第二炉膛原IV区料盘推向V区，V区料盘推出第二炉膛进行渗碳后的处理。闸门将第一炉膛和第二炉膛隔断。利用纵向推料机构将新料盘和原I、II区料盘推向I、II、III区。根据功能需要调整各自的温度与碳势，按确定的各区工艺参数进行渗碳。 达到规定的时间后，打开闸门将第一炉膛和第二炉膛联通，利用横向推料机构将III区的料盘推向IV区。如此重复，实现连续操作。
各区采用的基本工艺特征参数如下第一炉膛1区860—880°C，Cp 不控；II 区920°C XCpl. 20-1. 25 % ；III 区 9300C XCpl. 30-1. 4% ；第二炉膛JV 区880—890°C XCpl. 1-1. 2% ；V g :860-840°C XCpO. 9-1. 0%o推料周期25-27分钟。应用实例1 哈尔滨市某公司有一台50Kw推杆式双排连续式气体渗碳炉，炉盘尺寸Xmm，盘数为MX 2共48个，采用氮甲醇作为保护气，丙烷为渗碳气，专业处理载重车后桥齿轮。该炉与常规双排气体渗碳炉完全相同，只是料盘数略多，由44盘增加至48盘，原工艺的温度、碳势分配如下I 区820 V，II 区910 V XCpO. 70 % ；III 区930 V XCpl. 15 % ;IV 区 9000C XCpl. 0% ;V 区860°C XCpO. 80%。处理载重车后桥M475螺旋盆角齿轮，推料周期37分钟，齿轮层深1. 80-1. 90mm。 金相组织碳化物K 0-2级；马氏体M、残奥A'均在3-5级；黑色组织25-35 μ m。采用稀土渗碳后，采用了高温高碳势渗碳工艺。基本工艺参数如下I 区860 V，II 区920 V XCpl. 150 % ；III 区930 V XCpl. 30 % ;IV 区 9000C XCpl. 15% ；V g 860°C XCpl. 0% 推料周期30 分钟；渗层深度为 1. 90-2. OOmm0 较原工艺缩短推料周期7分钟，提高工效23% ；并且金相组织有明显改善。产品的黑色组织< 15 μ m，碳化物KS 3级，马氏体M、残奥A'均由原3_5级降至3级，有明显的细化效果。由于贯通炉各区Cp相互干扰，欲获得最佳金相组织调试甚为困难，只有在严格工艺操作下方能达到。应用实例2 与应用实例1同一单位，按双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺要求，由于把I、II、III区作为第一炉膛，主要采用高温高碳势专门用于提高渗速，且碳势Cp 容易精确控制，因而可为后续IV、V区组织调试打下良好基础。把IV、V区组成第二炉膛，专门对渗层组织进行控制，由于碳势Cp控制精确，不受其它因素干扰，可以轻而易举的调试， 即可获得最佳金相组织，并且能长期稳定生产。所采用的基本工艺参数如下第一炉膛1区860-880 °C，Cp 不控 II 区920 "C XCpl. 20-1. 25 % ；III 区 9300C XCpl. 30-1. 4% ；第二炉膛JV 区880—890°C XCpl. 1-1. 2%;V 区860—840°C XCpO. 9-1. 0%o推料周期25-27分钟；渗层深度为1. 85-2. 20mm。金相组织黑色组织无，过共析+共析层深度占总渗层70%。过共析区碳化物呈细小弥散颗粒状分布，外表层最大粒度直径小于等于ι μ m,并且碳化物级别可在0-3级范围内可调，马氏体形貌在400倍显微镜下观察呈隐晶状，800倍下呈细马氏体或超细马氏体。表面硬度HRC63-64 ；由于组织细化与超细化，残奥少且分散度高，不易鉴别。由此可见双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺的发明，提高了炉气的碳势控制精度，减少了相互干扰，使工艺参数的设置与调整变得简单容易，工艺运行的稳定性与可靠性大大提高。不仅使渗碳周期进一步缩短，提高工效可达到30%，而且容易获得最佳金相组织，从而保证了产品使用寿命达到最好水平。
权利要求
1.一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，其特征在于将稀土渗碳连续炉炉膛建设成呈之字型排列的双炉膛，第一炉膛为渗碳速度控制炉膛，第二炉膛为渗层组织控制炉膛。
2.根据权利要求1所述的一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，其特征在于第一炉膛分为I、II、III区，第二炉膛分为IV、V区，两个炉膛之间通过闸门联通或隔断，利用横向推料机构将III区的料盘推向IV区。
3.一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，其特征在于各区采用的基本工艺特征参数如下第一炉膛1 区860-880 °C，Cp 不控；II 区920 "C XCpl. 20-1. 25 % ；III 区 9300C XCpl. 30-1. 40%。第二炉膛:IV 区:880-8900C XCpl. 1-1. 2% ；V 区860—840°C XCpO. 9-1. 0%o
4.根据权利要求2所述的一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，其特征在于推料周期25-27分钟。
全文摘要
一种双炉膛式连续稀土渗碳设备及其工艺，将贯通式稀土渗碳连续炉建成呈之字型排列的双炉膛，第一炉膛为渗碳速度控制炉膛，分为I、II、III区，第二炉膛为渗层组织控制炉膛，分为IV、V区。两个炉膛之间通过闸门联通或隔断，利用横向推料机构将III区的料盘推向IV区。各区的基本工艺操作参数如下第一炉膛I区860-880℃，Cp不控，II区920℃XCp1.20-1.25％；III区930℃XCp1.30-1.4％。第二炉膛IV880-890℃XCp1.1-1.2％；V区860-840℃XCp0.9-1.0％。由于提高了炉气的碳势控制精度，减少了相互干扰，使工艺参数的设置与调整变得简单容易，工艺运行的稳定性与可靠性大大提高。不仅使渗碳周期进一步缩短，提高工效30％以上，而且容易获得最佳金相组织，从而提高了产品的使用寿命。
文档编号C23C8/22GK102191451SQ20111009721
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者刘志儒, 刘成友, 吕军成, 唐宏伟, 张国良, 王佰昕, 王德欣, 王鸿春, 闫牧夫 申请人:哈尔滨意锋稀土材料开发有限公司