現代工業生產已將優質、高產、低耗、節能減排作為發展的目標，冷精鍛成形加工工藝製造汽車錐齒輪是一種高效節能節材的少無切削的加工工藝。為了便於冷精鍛成形，必須降低金屬材料的硬度提高塑性，往往對齒輪毛坯採用球化退火。江蘇太平洋精鍛科技股分有限公司專業從事精密鍛造汽車差速器齒輪，為了更好地實現在鍛造過程中金屬流動，採取的措施是在冷精鍛之前對鍛坯進行等溫球化退火處理，以前採用臺車式箱式爐，該箱式爐球化退火的不足之處是周期長，成本高。公司為了降低生產成本，提高生產效率，對球化退火的設備進行改進，用連續式保護氣氛等溫球化退火爐球化退火代替臺車式箱式電爐退火，實現了熱處理優質、高效、節能、降耗、減排、清潔生產。本文主要介紹保護氣氛等溫球化退火生產線的應用。
冷精鍛成形差速器齒輪工藝流程
原生產工藝流程：下料→球化退火→制坯→表面潤滑處理→冷鍛精鍛成形→機加工→表面滲碳淬火熱處理→（熱後機加工）→成品檢驗。
現生產工藝流程：下料→制坯→球化退火→表面潤滑處理→冷鍛精鍛成形→機加工→表面滲碳淬火熱處理→（熱後機加工）→成品檢驗。
熱處理球化退火工藝及流程
低碳低合金鋼的球化退火是將鋼加熱到Ac1+（20～40）℃保溫後以極慢的冷速冷至550℃以下空冷或在Ar1以下長時間等溫後冷卻。工藝曲線見圖1、2。
圖1 RT-105-9臺車式箱式電阻爐球化退火工藝
圖2 GKQT-12型連續生產線等溫球化退火工藝
GKQT-12型輥底式保護氣氛等溫球化退火流程：進料→前抽真空換氣→預熱→升溫→保溫→快冷→等溫→緩冷→快冷→後抽真空換氣→出料。
GKQT-12型輥底式保護氣氛等溫球化退火連續生產線的運行程序及特點
輥底式預抽真空保護氣氛全電加熱等溫球化退火生產線，由進料臺架，退火爐爐體。出料臺架，前後抽真空換氣系統，電控及溫控系統，液氮儲罐，甲醇低溫裂解機和碳勢顯示系統等組成。
運行程序
該生產線運行程序除了齒輪毛坯裝箱，上料臺吊裝由人工完成外，齒輪毛坯的退火前抽真空換入氮氣，退火預熱，升溫加熱，保溫，快冷，等溫，緩冷和快速冷卻全部按工藝程序，由可編程序邏輯控制器（PLC）來控制自動完成。
整個球化退火工序分述如下：
⑴裝料，將齒輪鍛坯裝入料箱並吊上進料臺的輥棒上，料箱隨輥棒傳動向前運行。
⑵齒輪毛坯料箱進入前預抽真空換氣室，由PLC控制1＃真空泵對真空室抽真空，當真空達到一定值時，真空泵停機，自動充入高純氮氣，當氣壓達到正常大氣壓時停止充氮氣。
⑶齒輪毛坯料箱進入退火加熱爐，以正常速度走完預熱區，升溫區（三個區），保溫區，快冷區，等溫區（兩個區），緩冷區（三個區），水冷後室；在快冷區及三個緩冷區設置了冷卻風管和風機與預熱區相連，風機可根據快冷區及緩冷區溫控信號決定送進冷風或將熱風回抽至預熱區供工件預熱，充分利用餘熱，節約能源（圖3），在加熱爐內通入高純氮（由液氮儲罐供給，確保氮氣的純度≥99.999％），並通入適量的甲醇裂解氣，保持爐內正壓。
(a)
(b)
圖3 GKQT-12型輥底式保護氣氛等溫球化退火連續生產線
⑷齒輪毛坯料箱進入水冷後室實現快進冷卻（水冷後室，採用環型水箱和一隻循環風扇），目的是使齒輪毛坯出爐溫度≤200℃，這樣避免了出爐後的輕微氧化。
⑸齒輪毛坯料箱進入後真空室，停留一定時間由PLC控制後真空室，打開後門，快速出爐，後真空室門關閉後，預抽真空至一定值時，真空泵停，充入高純氮氣至1大氣壓，等待下一盤料進入，這樣避免了空氣進入爐堂與工件接觸。
⑹齒輪毛坯料箱到了後卸料臺架，由翻料機自動卸料。
上述動作周而復始的循環。
特點
⑴優質。球化退火的主要目的是：使鋼鐵材料的金相組織中碳化物球狀化，降低金屬的硬度，提高金屬的塑性，從而降低金屬的變形抗力，使金屬坯料易於塑性成形。採用此工藝球化退火後組織為球化體+鐵素體或極少珠光體+球化體+鐵素體，球化級別可達4～6級（JB/T5074-1999），硬度120～150HB，散差≤15HB，適合齒輪坯的冷擺輾、冷擠壓成形，對提高模具使用壽命起到一定作用。球化組織見圖4、5。在加熱室通入適量的高純氮氣及少量的甲醇裂解氣，確保爐內正壓，工件不發生氧化和脫碳。
圖4 20CrMoH球化退火組織 ×500
圖5 20CrMnTiH球化退火組織 ×500
⑵高效。由於GKQT-12型輥底式保護氣氛等溫球化退火爐是連續生產，不需要周期式作業冷爐升溫、熱爐冷卻的工藝方法，以及能較快速降溫在相變點Ar1附近等溫，大大縮短了球化退火時間，它相對於周期式的臺車箱式爐生產效率成倍提高。臺車箱式爐裝爐量2500kg,退火時間約54h，3臺105kW臺車爐產量為3333 kg /天，GKQT-12退火線（330kW）產量為12000 kg/天，（註：3臺箱式爐與1臺連續爐功率相當）是周期式臺車爐的3.6倍。
⑶節能降耗。由於是連續式爐，加之密封性能好，餘熱又能充分利用，所以節約能源相當可觀。GKQT-12型生產線：全年耗電量＝單位產品耗電量×全年加工量＝230×4200＝96.6×104kW·h（每噸能耗230kW·h，年退火加工量4200t）。
原RT-105-9臺車式箱式電阻爐：升溫至780℃（6h）→保溫（10h）→降溫（約38h）→出爐。單爐耗電量＝6×105+10×(105÷2)＝1155 kW·h（升溫全功率，保溫用電負荷為半功率，降溫不耗電）。全年耗電量＝單位產品耗電量×全年加工量＝1155÷2.5×4200＝194.04×104kW·h（裝爐量為每爐2.5t，以年退火加工量4200t計）。全年節電量＝194.04×104kWh-96.6×104kW·h＝97.44×104kW·h。連續退火線比RT-105-9臺車爐年節電量達到97.44萬度電！
另外由於工件無氧化無脫碳,制坯加工餘量可大大減小。原臺車爐退火由於表層氧化脫碳嚴重,制坯加工餘量要去除氧化脫碳層，一般在直徑1.5 mm, GKQT-12連續線退火件制坯加工餘量只須考慮原材料表面缺陷的深度，餘量在0.8mm, 比無保護退火節約46%的材料加工量。
⑷環保。由於爐溫和爐內氣氛可實行降溫區向預熱區回抽再利用，減少了熱量排放；工件清潔無氧化皮，作業現場清潔；整條生產線採用了可編程序邏輯控制器（PLC）控制，實現了自動化操作，減輕了工人的勞動強度，實現了熱處理廠房環保清潔的目標。
結束語
連續退火生產線應用等溫球化退火工藝，降溫可控，連續作業，生產效率比周期式退火爐成3.6倍增漲；球化退火質量穩定利於後續冷成形；節能可觀，每條生產線每年可節電97萬kW·h；符合當今全球優質、高效、節能減排清潔生產的工業生產理念。