易普森齿轮内氧化深度超差QCD改善表

QCD改善表（课题式）项目名称：易普森二线减少齿轮表面内氧化深度提高生产效率改善申报单位：热处理部实施起止日期2012.10.18—10.28提出人：张瑞富参与人：武福王旭东张震王子平实施人：张瑞富武福1、提出理由理由一：现行工艺下齿轮表面发生的内氧化深度在0.025—0.035mm以上，部分产品不符合客户要求内氧化深度小于0.025mm的要求，齿面经过磨齿可以到到要求，但是齿根部位不进行磨削加工，内养状态保留下来，严重的不能交付。理由二：现行工艺发动机EEA产品单渗碳生产周期每炉需耗时约12小时，加上辅助时间和后续回火，每炉产品需要16小时以上，每天没台设备24小时连续作业的情况下只能生产不超过1.5炉，生产效率低，延误交付。2．现状把握原工艺条件下产品试样检查结果（统计5个炉次）炉次1-91-101-131-141-16齿根内氧化层深（mm）0.030.0350.0320.030.035节圆内氧化层深（mm）0.0250.0250.030.0250.025渗碳周期（小时/分）12/2012/1012/3012/1012/40渗碳硬化层深度（mm）1.051.031.020.870.87检查结果显示齿轮表面内氧化超过规范要求的小于0.025mm。3．目标设定1、将齿轮表面的非马氏体组织和内氧化降低到0.025mm以下2、将渗碳周期缩短10%以上4．解析1）要因分析：齿轮表面内氧化深度超差关联图2）总结通过分析共找到三个末端因素一：渗碳载气供气量低二：渗碳工艺强渗时间偏长三：操作工按照工艺要求作业并适时监控3）要因的验证末端因素一：渗碳载气供气量低设备所用渗碳载气气主要有两种甲醇、氮气，观察过程计量数据，甲醇齿轮表面内氧化深度超差材料原因炉压低限制了富化气的供给量工艺方法原料气原因渗碳淬火选用的材料含有Mn、Cr、Mo载气供给量偏低操作原因强渗时间长炉内气体的流动性差设备原因炉内气压低操作工按照工艺要求操作生产周期长Mn、Cr、Mo属于易氧化元素高温下炉内含氧气氛与表层的合金元素化合成氧化物和氮气为固定值长通，通入量甲醇工艺设定2升/小时；氮气为2立方米/小时，目前热处理部使用的设备有0.6吨载重和1.5吨载重两种，0.6吨载重设备运行时间长实践验证工艺较成熟，其使用的是纯甲醇载气气氛使用量为2.5升/小时,相比之下，易普森属于1.5吨载重设备其容积相对较大，计算其炉内实际气体体积只有0.6吨载气设备的1.3倍，按照对应的体积计算，通气量应于设备体积相对应，应该不低于0.6吨设备的2.5倍，由于通入炉内的载气少，导致炉压偏低，低压状态下炉内所能容纳的富化气量相对减少，所以气氛在低浓度的渗碳气氛工作，达到规定的渗碳深度需要的时间加长。炉压低气量少也使炉内气体流动的速度减慢，特别是齿轮的根部形成气体流动不畅的死角，活性降低加剧表面氧化，氧化了的表面材料淬透性降低，淬火时提起进入非马氏体转变区，最终导致齿轮根部渗碳后表面出现的内氧化层深度加深，同时渗碳时间偏长。结论——要因末端因素二：渗碳工艺强渗时间偏长低压运行中为了保证渗碳层深度需要加长渗碳时间予以弥补，如果将炉内压力提高，渗碳时间可以做相应的调整，同时炉压低还限制了富化气的供给量，提高炉压也可以将富化气的供给量作相应的调整，提高炉压可以适度提高渗碳速度。结论——相关要因末端因素三：操作工按照工艺要求作业并适时监控操作工每炉产品按照工艺要求选择程序并实施记录跟踪监控结论——非要因5．对策1、依据成熟工艺载气使用量0.6吨设备每小时供气体积为2.5×1.66=4.15立方米，按照计算结果1.5吨设备载气用量因该为0.6吨设备的2.5倍以上，也就是10.375立方米/小时以上，按照前期改善的匹配结果，甲醇加氮气的供给量应该为4升甲醇/小时与4立方米氮气/小时，按照此量计算的供气体积为4×1.66=6.64+4=10.64立方米/小时，满足体积倍数要求。2、供气增加后炉内压力随之增加，可以适当调整富化气丙烷的通入量，通过工艺试验确定最终稳定的供给量——常通量2.5m3/小时，追加量3.5m3/小时。3、供气增加后缩短工艺中强渗时间，通过结果检测验证，将原来渗碳时间比例的强渗85%和96%，降低到83%和94%。避免发生因压力大时间长渗碳层深度超过公差上限。以上对策均选择一台设备进行验证实施，带实验结果稳定后推广到其它设备6．效果效果一：实施改善将载气流量增大一倍，检测炉压由原来的20--40mm水柱增加到50—80mm水柱，炉内压力增大，使得气体流动速度也相应增加，减少了齿轮根部气体停顿几率，富化气供给也随之增加，零件表面氧化程度得以减轻，所以表面特别是齿轮根部内氧化深度得以降低。效果二：炉内压力增大提高了零件表面吸附碳原子和碳原子向机体内部扩散的能力，从而提高了渗碳速度，缩短了渗碳周期。改善后工艺条件下产品试样检查结果（统计5个炉次）炉次1-181-201-211-241-26齿根内氧化层深（mm）0.0250.020.0250.020.018节圆内氧化层深（mm）0.020.0150.0150.0150.01渗碳周期（小时/分）10/4010/3010/209/4010/0渗碳硬化层深度（mm）1.000.960.961.011.04齿根内氧化深度最大值=0.025mm节圆内氧化最大值=0.02mm渗碳周期时间最长10小时40分逐步调整后缩短到9--10小时改善后内氧化层深小于0.025mm；渗碳周期由原来的12小时缩短到10小时，渗碳时间降低15%以上，达到预期值。7．标准化1、按照甲醇和氮气流量值4升/小时和4立方米/小时运行一段时间，并向所有同类设备推广，运行稳定后逐步纳入工艺。2、渗碳时间按照实验结果调整为强渗段83%。扩散段94%运行一段时间，并向所有同类设备推广，运行稳定后逐步纳入工艺。8．今后的课题通过此次改善使工艺员、操作工对内氧化产生的机理和控制手段有了进一步的感性认识，也从理论上得以验证，为以后保持热处理过程稳定和内部组织问题的解决，进行了一次有益的实践，也提供了解决问题的方法和途径。注：1、此表用于知识平台网上流程申报QCD改善项目；2、*号后内容为填写要求和说明。