CN101358269A - 渗碳淬火流水线及其工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种渗碳淬火流水线，包括依次排列的脱脂炉、主炉、淬火槽、清洗机和回火炉，在主炉与淬火槽之间依次设置有中冷炉和再加热炉，工艺方法包括预热脱脂、渗碳处理、中冷降温、再加热、淬火、清洗和回火，省却了传统渗碳淬火工艺中的盐炉二次加热淬火这一复杂工序，降低了能耗，减轻了环境污染，每天可以节约电能8000多KWh.，同时工艺更简单，生产效率提高近50％。

Description

渗碳淬火流水线及其工艺方法
技术领域
本发明涉及一种对零部件进行渗碳淬火的流水线，尤其涉及一种适合于对内燃机活塞销进行热处理的渗碳淬火流水线及其工艺方法。
背景技术
机械行业或汽车行业或动力机中的零部件经常需要进行渗碳淬火处理，比如内燃机活塞销一般需要通过渗碳淬火工艺来改变内部组织，提高它的耐磨性、抗弯曲及抗冲击疲劳性能。渗碳是一种高能耗热的加工工艺，通常采用二次淬火工艺，二次淬火工艺的流程为活塞销首先进入脱脂炉内进行预热脱脂，然后进入渗碳炉中进行渗碳，再进入淬火槽中淬火，淬火后进入盐炉中加热，再进入二次淬火炉内进行二次淬火，最后进入井式回火炉回火；渗碳炉包括主炉加热区、主炉渗碳区、主炉渗碳区、主炉扩散区、主炉降温区，需要被渗碳的活塞销置于温度为900-950℃的渗碳炉中，在渗碳介质中保温数小时至数十小时，将活塞销表面渗入碳原子，然后将活塞销取出后放入淬火槽中淬火，然后经盐炉二次加热淬火工序，以便活塞销表面硬度达到HRC58-65，使活塞销表面具有高的硬度、强度及耐磨性，增加其抗弯曲、抗接触疲劳性能。由于活塞销原材料为本质促晶粒钢，再加上活塞销置于高温渗碳炉内的时间比较长，造成其奥氏体组织晶粒比较粗大，在渗碳淬火后获得的内在金相组织不均匀，渗层显微组织不理想，导致产品质量比较差；另外，传统渗碳淬火工艺中的盐炉二次加热淬火工序非常复杂，盐炉及二次淬火耗费较大的电能，该工序会造成能源的浪费及给环境带来不良影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上问题，提供一种工艺简单、节约电能、渗碳淬火效果好的渗碳淬火流水线及其工艺方法。
为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：渗碳淬火流水线，包括依次排列的脱脂炉、主炉、淬火槽、清洗机和回火炉，其特征在于：在主炉与淬火槽之间依次设置有中冷炉和再加热炉。
上述技术方案的一种具体优化方案，
所述中冷炉内设有冷却水箱，冷却水箱设有进水管和出水管。
中冷炉内充有氮气作为保护气体。
冷却水箱在中冷炉内工件运行的导轨两侧设有两个，并分别具有进水管和出水管，冷却水通过进水管和出水管循环降温。
主炉设有五个分区，依次为主炉加热区、主炉渗碳区、主炉渗碳区、主炉扩散区和主炉降温区。
依次排列的脱脂炉、主炉、中冷炉、再加热炉、淬火槽、清洗机与回火炉之间串接有用来输送工件的导轨。
渗碳淬火流水线的工艺方法，所述工艺方法包括以下步骤：
1)预热脱脂：将工件装在料盘上通过导轨进入脱脂炉内进行预热脱脂；
2)渗碳处理：
a、脱脂后的工件从脱脂炉进入主炉的主炉加热区内，工件被加热至860-920℃；
b、加热后的工件依次进入主炉渗碳区和主炉渗碳区内；
c、然后工件进入主炉扩散区内，；
d、工件从主炉扩散区进入主炉降温区内，工件的温度降至860-880℃；
3)中冷降温：渗碳后的工件进入中冷炉，在中冷炉内工件的温度降至500-700℃；
4)再加热：在中冷炉内降温后的工件进入再加热炉，在再加热炉内对工件进行再加热，加热到860-880℃；
5)淬火：再加热以后的工件进入淬火槽进行油淬淬火；
6)清洗：淬火后的工件进入清洗机内的清洗液中进行清洗；
7)回火：清洗后的工件进入回火炉回火。
上述工艺方法中，清洗液中NaOH的浓度为30g/L，Na3PO4的浓度为50g/L。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明省却了传统渗碳淬火工艺中的盐炉二次加热淬火这一复杂工序，降低了能耗，减轻了环境污染，每天可以节约电能8000多KWh，同时工艺更简单，生产效率提高近50％。
(2)在主炉的主炉降温区为工件进入中冷炉做准备，工件直接进入中冷炉，就会造成电能的浪费，还会增加中冷的冷却难度，在中冷炉通过水箱内的循环水将工件工件温度快速降至工析转变温度以下，然后经过再加热炉将工件加热到淬火前温度，从而细化工件的内部组织，工件内部及渗层范围存在均匀的珠光体及细小块状的铁素体，细长的碳化物很容易溶解、扩散形成细小的颗粒状碳化物，同时珠光体及铁素体组织的均匀化，使得奥氏体中溶解的饱和的碳化物细小，淬火后得到细针状马氏体及弥散分布的颗粒状碳化物，渗碳淬火的效果更好，提高了产品的质量。
(3)在中冷炉内充有氮气作为保护气体，防止了工件在冷却过程中出现的氧化现象。
(4)清洗机的清洗液中含有NaOH和Na3PO4，使得工件经过清洗机后表面含油量大大减少，从而避免了工件进入回火炉回火时会产生大量的油烟，造成环境污染。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1为本发明实施例中渗碳淬火流水线的结构示意图；
附图2为本发明实施例中中冷炉的结构示意图。
具体实施方式
1-脱脂炉，2-主炉前室，3-主炉，4-中冷炉，5-再加热炉，6-淬火槽，7-清洗机，8-回火炉，9-导轨，10-冷却水箱，11-料盘，12-主炉前炉门，13-侧炉门，14-进水管，15-出水管，16-风扇，17-辐射管，18-进口，19-出口，20-壳体，I-主炉加热区，II-主炉渗碳区，III-主炉渗碳区，IV-主炉扩散区，V-主炉降温区
实施例，以615活塞销为例，如图1所示，渗碳淬火流水线，包括依次排列的脱脂炉1、主炉前室2、主炉3、中冷炉4、再加热炉5、淬火槽6、清洗机7和回火炉8，依次排列的脱脂炉1、主炉前室2、主炉3、中冷炉4、再加热炉5、淬火槽6、清洗机7与回火炉8之间串接有用来输送活塞销的导轨9，主炉前室2与主炉3连接，主炉3与主炉前室2之间设有主炉前炉门12，主炉前室2设有侧炉门13，主炉3设有五个分区，依次为主炉加热区I、主炉渗碳区II、主炉渗碳区III、主炉扩散区IV和主炉降温区V，在主炉加热区I内设有6对辐射管17，在主炉渗碳区II、主炉渗碳区III、主炉扩散区IV和主炉降温区V内分别设有3对辐射管17，在主炉加热区I、主炉渗碳区II、主炉渗碳区III、主炉扩散区IV和主炉降温区V内分别设有一个风扇16，再加热炉5包括壳体20，壳体20内竖直设置有6个辐射管17，壳体20的顶部设有一个风扇16。
如图2所示，中冷炉4具有工件进口18和工件出口19，中冷炉4内设有两个冷却水箱10，冷却水箱10设有进水管14和出水管15，冷却水通过进水管14和出水管15循环，中冷炉4的顶部设有一个风扇16，中冷炉4内部充有氮气，在中冷炉4内部工件进口18和工件出口19之间设有用来输送活塞销的导轨9。
渗碳淬火流水线的工艺方法为：
1)预热脱脂：将615活塞销装在料盘11上通过导轨9进入脱脂炉1内进行预热脱脂；
2)渗碳处理：
a、脱脂后的活塞销从脱脂炉1先进入主炉前室2，活塞销沿导轨9经侧炉门13进入主炉前室2，侧炉门13关闭后主炉前炉门12开启，从而防止主炉3内渗碳气体及热能外泄，活塞销进入主炉3的主炉加热区I，在主炉加热区I内活塞销被加热至900℃；
b、加热后的活塞销进入主炉渗碳区II和主炉渗碳区III，在主炉渗碳区II和主炉渗碳区III内活塞销的表面得到高浓度的碳，加大渗碳的速度；
c、然后活塞销进入主炉扩散区IV，在主炉扩散区IV内降低碳势，使活塞销表面的碳向内和炉气中扩散；
d、活塞销从主炉扩散区IV进入主炉降温区V，在主炉降温区V内对活塞销进行降温至870℃，为活塞销进入中冷炉4做准备，活塞销直接进入中冷炉4，就会造成电能的浪费，还会增加中冷的冷却难度；
3)中冷降温：渗碳后的活塞销进入中冷炉4，中冷炉4内充有高纯度的氮气作为保护气体，防止活塞销在冷却过程中出现的氧化现象，通过中冷炉4内冷却水箱10的循环水将活塞销温度降至工析转变温度680℃，使活塞销内部粗大的奥氏体晶粒转变为珠光体及渗碳体；
4)再加热：在中冷炉4内降温后的活塞销进入再加热炉5，将活塞销进行再加热，加热到淬火前温度870℃，将活塞销经过中冷炉4转变的珠光体重新转变为细化的奥氏体组织及均匀分布的碳化物；
5)淬火：再加热以后的活塞销进入淬火槽6进行油淬淬火；
6)清洗：淬火后的活塞销进入清洗机7的清洗液内进行清洗，将活塞销在油淬淬火工序中表面沾染的淬火油清洗掉，清洗液包含NaOH和Na3PO4，清洗液中NaOH的浓度为30g/L，Na3PO4的浓度为50g/L；
7)回火：清洗后的活塞销进入回火炉8回火，从而消除活塞销经淬火产生的淬火应力。
以下为本发明渗碳淬火工艺与现有的二次淬火工艺电耗对比表
Figure A20081013990300081
以上表格中，二次淬火工艺日耗电能：
Q1＝1041×24KWh＝24984KWh
采用本发明渗碳淬火工艺日耗能：
Q2＝682×24KWh＝16368KWh
采用本发明渗碳淬火工艺与二次淬火工艺相比每天节约：
ΔQ＝Q1-Q2＝(24984-16368)KWh＝8616KWh
该渗碳淬火流水线通常24小时运转，一般每年停炉维修的次数为5次，每次停炉维修的时间为10天，即每年的运行时间为315天，每年节约电能为：
Q＝8616KWh*315＝2714040KWh
从以上数据可以看出，本发明技术方案与二次淬火工艺相比，可以节约大量电能。
采用二次淬火工艺生产100万支615活塞销，采用本发明渗碳淬火工艺在相同时间内可以生产150万支，生产效率提高了50％。

Claims (6)

1、渗碳淬火流水线，包括依次排列的脱脂炉(1)、主炉(3)、淬火槽(6)、清洗机(7)和回火炉(8)，其特征在于：在主炉(3)与淬火槽(6)之间依次设置有中冷炉(4)和再加热炉(5)。
2、如权利要求1所述的渗碳淬火流水线，其特征是：所述中冷炉(4)内设有冷却水箱(10)，冷却水箱(10)设有进水管(14)和出水管(15)。
3、如权利要求2所述的渗碳淬火流水线，其特征是：主炉(3)设有五个分区，依次为主炉加热区(I)、主炉渗碳区(II)、主炉渗碳区(III)、主炉扩散区(IV)和主炉降温区(V)。
4、如权利要求3所述的渗碳淬火流水线，其特征是：依次排列的脱脂炉(1)、主炉(3)、中冷炉(4)、再加热炉(5)、淬火槽(6)、清洗机(7)与回火炉(8)之间串接有用来输送工件的导轨(9)。
5、如权利要求4所述的渗碳淬火流水线的工艺方法，其特征是：所述工艺方法包括以下步骤：
1)预热脱脂：将工件装在料盘(11)上通过导轨(9)进入脱脂炉(1)内进行预热脱脂；
2)渗碳处理：
a、脱脂后的工件从脱脂炉(1)进入主炉(3)的主炉加热区(I)内，工件被加热至860-920℃；
b、加热后的工件依次进入主炉渗碳区(II)和主炉渗碳区(III)内；
c、然后工件进入主炉扩散区(IV)内，；
d、工件从主炉扩散区(IV)进入主炉降温区(V)内，工件的温度降至860-880℃；
3)中冷降温：渗碳后的工件进入中冷炉(4)，在中冷炉(4)内工件的温度降至500-700℃；
4)再加热：在中冷炉(4)内降温后的工件进入再加热炉(5)，在再加热炉(5)内对工件进行再加热，加热到860-880℃；
5)淬火：再加热以后的工件进入淬火槽(6)进行油淬淬火；
6)清洗：淬火后的工件进入清洗机(7)内的清洗液中进行清洗；
7)回火：清洗后的工件进入回火炉(8)回火。
6、如权利要求5所述的渗碳淬火流水线的工艺方法，其特征是：清洗液中包含NaOH、Na3PO4，NaOH的浓度为30g/L，Na3PO4的浓度为50g/L。
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