航空热处理厂房工艺设计相关分析

余璐 田虹

【摘要】航空黑色金属热处理生产过程中要产生大量热量及油烟等有害气体（包括粉尘等），并容易发生火灾、爆炸等事故。在满足现代化生产纲领的条件下，航空黑色金属热处理车间的设计必须同时考虑消除和控制生产性有害因素，将其设计成高效并具有良好的安全防火.防爆及少（无）环境污染等功能体系的现代化航空黑色金属热处理车间。

【关键词】黑色金属；热处理；厂房规划；防爆

1、前言

黑色金屬热处理是重要的航空制造技术之一，它对航空产品的性能、质量和寿命起着举足轻重的作用。为了适应航空产品减轻重量、提高使用性能的要求，绝大多数航空金属零件都要进行热处理，以获得高的比强度和良好的综合性能。安全可靠是航空产品追求的另一个目标，热处理质量对航空产品的安全可靠性将产生重大影响，因此，在航空工业生产中热处理占有极其重要的地位。

2、现代航空热处理厂房的特点

2.1 老式热处理车间的不足

国内航空黑色金属热处理厂房与国外存在着较大的差距，主要体现在热处理设备比较落后，设备以空气电炉为主，且设备炉温均性偏低，仅能满足一般零件的热处理。经过空气炉热处理后的零件氧化脱碳严重，而且生产效率较低、能耗偏大、运行成本较高、环境污染较重。

2.2 现代化航空热处理车间的特点及需求

随着飞机设计要求的提高，高强度结构钢应用越来越多。航空各型机的大型结构件、轴、起落架零部件、长杆类零件、对接螺栓等均大量采用了30CrMnSiNi2A、40CrNiMoA、300M等高强度结构钢，为保证零件满足HB/Z191-91脱碳层深度不超过0.075㎜的要求，需要对该类零件采用无氧化热处理工艺。

为了满足上述工艺要求，现代化航空黑色金属热处理厂房需引入可控气氛、真空类设备。

3、航空黑色金属材料及热处理设备

3.1 主要航空黑色金属材料

航空黑色金属合金结构钢主要有30CrMnSiA，超高强度结构钢主要有16Co14Ni10Cr2Mo（AF1410）、30CrMnSiNi2A，结构钢铸件主要有ZG22CrMnMo、ZG35CrMnSi等，化学热处理用钢（渗碳钢）主要有：18Cr2Ni4WA、12CrNi3等；其热处理工艺主要有淬火、回火、正火等。

3.2 典型热处理要求及工艺

某材质为30CrMnSiNi2A作动筒上螺栓，σb =1670±100Mpa，加热温度：900±10℃；等温温度：180～230℃；回火温度：250～300℃[1]。

某材质为0CrMnSiNi2A活塞杆，σb =1180±100MPa，加热温度：900±10℃；等温温度：180～230℃；回火温度：250～300℃[1]。

某材质为18Cr2Ni4WA10活塞，σb≥1030MPa，渗碳深度为0.5mm～0.9mm，渗碳层硬度HRC=56～62[1]。

某材质为18Cr2Ni4WA10弹性内筒，σb≥1030MPa，渗碳深度为0.5～0.8mm，要求表面硬度HRC=58～65[1]。

3.3 生产流程

黑色金属零件的加工路线为机械加工-前清洗-淬火、渗碳-后清洗-回火-表面抛光、吹砂清理-交检-机械加工-包装出厂。

3.4 主要生产设备

应优先选用具有较高机械化与自动化、低耗、少（无）环境污染的热处理设备，并优先采用清洁热处理生产设备。为了满足高质量零件的生产，厂房可配置可控气氛热处理炉生产线、真空渗碳炉、真空气淬炉、真空油淬炉、真空回火炉、真空清洗机、冷冻箱、喷砂机等。

4、工厂规划设计

4.1 车间厂房的设计

黑色金属热处理厂房应为丁类火灾危险性建筑，其耐火等级为二级。热处理车间宜设置天窗、高低侧窗，以达到散热排烟及驱除有害气体的效果。厂房结构应采用钢筋混凝土或钢结构，厂房的跨度一般为15m、18m、24m，下弦标高一般在10m以下。厂房周围应设环形消防通道。

4.2 热处理厂房的平面布置

在设计车间平面布置图纸时，其原则如下：

1）有利于车间通风、采光和改善劳动条件。如立式底装料可控气氛炉、立式真空炉、立式真空清洗机等作为高大热处理设备宜靠近内墙布置，便于车间的自然通风和采光。抛光机、吹砂机作为小型设备和产生有害物质的设备宜靠墙外布置，利于通风、排烟及除尘装置的安装。

2）附属房间的设计。可控气氛炉及渗碳炉所用的氢气、甲醇、丙烷等属易燃、易爆气体，其存放间及减压间应在附楼单独设置并与相邻房间的隔墙应为防火隔墙，并采取防爆泄压措施，房间需按防爆房间要求设计并对外开门。

4.3 通风排烟.除尘系统的环保设计与安装

热处理车间设炉区内的余热和油烟及散发出的各类有害气味均应由天窗和高低侧窗予以排除。一般位置固定的产生有害物的设备及工作地采用局部排气，根据不同设备及其操作情况采用不同形式的局部排气，如伞罩排气、旁侧排气及接设备口等。

热处理厂房排出的废气最好燃烧后排放掉，这样可以最大限度地减少对环境的污染。目前，更环保的方法是采用湿式过滤机，将渗碳炉、可控气氛炉产生的废气用管道送到湿式过滤机，废气在湿式过滤机内同循环水幕进行交换，除掉废气中的有害物质再排放到空气中。湿式过滤机有利于净化空气、保护环境，而且设备的购置成本和运行成本都不高，符合当前国家环保要求。

4.4 水、气等管道的安装

热处理厂房的动力设计包括设备供电、槽类设备给排水、油槽及真空设备循环冷却水系统、加热槽蒸汽供应、压缩空气供应、可控气氛炉及渗碳炉天然气供应、氮气/甲醇/丙烷供应等。厂房动力供应较复杂，供应管道一般贴墙架空布置在主厂房内。这样设计的好处有：方便管道维修和更换、增加设备布置和安装的灵活性、有利于以后的技术改造和设备更新、简化地面的土建施工、减少工人操作和行走时的不安全因素。

小结

现代化航空飞机制造厂热处理生产应该满足高的产品质量、高的生产效率、高的环境保护、低的成本与消耗要求。因此.现代化航空飞机制造厂热处理车间的设计应体现出技术先进、经济合理、节省能源、少（无）排放.环境友好、方便操作等特点。本文可以为以后航空热处理类厂房工艺的设计提供参考。

参考文献

[1] 《航空制造工程手册》总编委会 航空制造工程手册. 航空工业出版社，2010；12

作者简介

余璐（女），1983年1月12日出生，硕士学历，2009年2月毕业于北京航空航天大学，现就职于中国航空规划建设发展有限公司第二设计院工艺。