專利名稱：周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，特別是一種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
淬火是指將鋼件加熱到AC3或AC1點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。為了獲得預(yù)定的組織和性能，許多常規(guī)的、特殊的以及組合的冷卻方法和設(shè)備被采用。馬氏體分級(jí)淬火就是方法之一。馬氏體分級(jí)淬火大多采用硝鹽或分級(jí)淬火油作為淬火介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是減小相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力，減小畸變和開(kāi)裂的傾向，獲得預(yù)期的組織和性能。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高、設(shè)備操作危險(xiǎn)性大、蒸發(fā)的硝鹽或油煙對(duì)大氣污染嚴(yán)重、介質(zhì)冷卻能力的不足限制了零件尺寸范圍，因此該工藝推廣受到制約。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到減小馬氏體相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力，減小畸變和開(kāi)裂的傾向，獲得預(yù)期的組織和性能，S.W.Han在《金屬熱處理》1995年(11)，P19～23，撰文《控時(shí)浸淬系統(tǒng)(ITQS)原理及在周期式和連續(xù)式生產(chǎn)中的應(yīng)用》，該文提出了控時(shí)浸淬系統(tǒng)ITQS(immersion time quenching system)，該系統(tǒng)的核心是通過(guò)控制攪拌的方向和程度來(lái)實(shí)現(xiàn)的淬火開(kāi)始階段增大淬火烈度以獲得高硬度，當(dāng)工件溫度接近Ms點(diǎn)時(shí)，降低淬火烈度以減小工件的畸變和開(kāi)裂傾向。
周期式ITQS系統(tǒng)采用浸液方式淬火，設(shè)備主要由槽體、螺旋槳攪拌器、流體導(dǎo)向筒組成，其連接方式為在槽體的兩側(cè)設(shè)置螺旋槳攪拌器，螺旋槳插入槽體中介質(zhì)一定深度，在螺旋槳部位設(shè)置流體導(dǎo)向筒，流體導(dǎo)向筒為L(zhǎng)形，一個(gè)開(kāi)口插入螺旋槳，另一個(gè)開(kāi)口設(shè)在淬火件浸入介質(zhì)中的淬火有效區(qū)的下方。周期式ITQS系統(tǒng)的工作過(guò)程是將淬火件加熱到AC3或AC1點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后將熱工件浸入介質(zhì)中的淬火有效區(qū)內(nèi)，介質(zhì)在螺旋槳的旋轉(zhuǎn)力的推動(dòng)下通過(guò)流體導(dǎo)向筒的導(dǎo)向下流動(dòng)并在有效淬火區(qū)的下方流出，實(shí)現(xiàn)淬火件周圍的介質(zhì)以一定的速度流動(dòng)的目的。當(dāng)淬火件剛一浸入介質(zhì)中的一定時(shí)間內(nèi)螺旋槳以較快的速度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)淬火件的某一特定部位的溫度達(dá)到馬氏體組織轉(zhuǎn)變的開(kāi)始點(diǎn)溫度(Ms點(diǎn)溫度)時(shí)降低或停止螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度。
結(jié)果表明，該系統(tǒng)對(duì)于減小工件的畸變有明顯效果。ITQS系統(tǒng)淬火成功的關(guān)鍵是精確地確定初始冷卻階段(ARI)的冷卻時(shí)間，其方法是通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)量得出一定淬硬層所要求的H因子(相當(dāng)于淬火烈度)，然后再查相應(yīng)的表，確定ARI所要求的時(shí)間。ITQS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)淬火(Time quenching)設(shè)備的差別在于前者改變攪拌速度的時(shí)間和次序是由理論計(jì)算，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后用計(jì)算機(jī)控制使其在生產(chǎn)實(shí)際中重現(xiàn)；而后者所采用的是反復(fù)試驗(yàn)方法，其成功與否是由操作者決定，而且常常難以重現(xiàn)?？貢r(shí)浸淬系統(tǒng)(ITQS)雖然在減小工件畸變方面有一定的效果，但是，在工件溫度接近Ms點(diǎn)時(shí)僅僅是通過(guò)降低介質(zhì)攪拌速率來(lái)減小介質(zhì)冷卻強(qiáng)度，而無(wú)法象馬氏體分級(jí)淬火那樣在接近Ms點(diǎn)溫度下等溫保持，實(shí)現(xiàn)最大限度的降低相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力，減小畸變和開(kāi)裂的傾向，獲得預(yù)期的組織和性能目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，使其冷卻強(qiáng)度可調(diào)，并具有生產(chǎn)成本低、無(wú)污染、生產(chǎn)過(guò)程安全和適合較大尺寸淬火件的分級(jí)淬火。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明主要包括槽體、流體導(dǎo)向筒、螺旋槳攪拌器、升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、蓋板、升降平臺(tái)、噴嘴(一)、噴嘴(二)，其連接方式為在槽體的一側(cè)設(shè)置螺旋槳攪拌器，螺旋槳攪拌器的螺旋槳伸入液面以下，流體導(dǎo)向筒為U型，螺旋槳攪拌器的螺旋槳插入其流體導(dǎo)向筒的一個(gè)開(kāi)口，其另一個(gè)開(kāi)口設(shè)在淬火件浸入液體后的下方，升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)在槽體一側(cè)的上方并與升降平臺(tái)和蓋板連接，升降平臺(tái)在升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)，槽體設(shè)有在升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)開(kāi)啟的蓋板，蓋板下設(shè)有噴嘴(一)，槽體中的液面上方設(shè)有噴嘴(二)。
噴嘴(二)設(shè)置在槽體中的液面上方的升降平臺(tái)移動(dòng)區(qū)域的四周。噴嘴(一)和噴嘴(二)的噴射介質(zhì)可為液體(與槽體中的介質(zhì)相同)、氣體和氣液混合體。
本發(fā)明的原理是將具有淬火件浸入功能的浸液淬火槽與噴冷(噴嘴)功能相組合，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制工件在浸液淬火槽與噴冷的冷卻強(qiáng)度與停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)工件表面層在浸液淬火槽中快速冷卻到預(yù)定的溫度，隨后提升到液面以上的噴冷有效區(qū)域內(nèi)上下竄動(dòng)，在噴嘴噴射介質(zhì)的噴射下實(shí)現(xiàn)維持表面溫度波動(dòng)不大的前提下帶走工件心部的熱量，實(shí)現(xiàn)分級(jí)淬火目的。
將淬火件加熱到AC3或AC1點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后轉(zhuǎn)移到淬火槽的升降平臺(tái)(處于上位)上，升降平臺(tái)載著淬火件下降到升降平臺(tái)的下位進(jìn)行浸液淬火，淬火件在以一定速度流動(dòng)的介質(zhì)中冷卻到預(yù)定時(shí)間后，升降平臺(tái)升到中位，并在噴嘴(一)和噴嘴(二)的噴射下作上下小幅竄動(dòng)，最后噴嘴停止噴射介質(zhì)，升降平臺(tái)升到上位，至此整個(gè)淬火過(guò)程完成。整個(gè)淬火過(guò)程是通過(guò)調(diào)整螺旋槳攪拌器的轉(zhuǎn)速及旋向、升降平臺(tái)在各位置的停留時(shí)間、噴嘴的噴射介質(zhì)及強(qiáng)度完成的。具體的噴嘴設(shè)置及數(shù)量可根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明是在對(duì)各種淬火冷卻設(shè)備分析和嘗試的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，通過(guò)與傳統(tǒng)馬氏體分級(jí)淬火的對(duì)比分析，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和效果在周期淬火槽上附加噴淬功能，使淬火過(guò)程的冷卻強(qiáng)度可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；由于淬火介質(zhì)可以采用水或水溶性介質(zhì)，降低了淬火成本，同時(shí)也解決了硝鹽和油對(duì)大氣的污染和生產(chǎn)安全問(wèn)題；解決了傳統(tǒng)馬氏體分級(jí)淬火采用的硝鹽介質(zhì)冷卻能力因加入的水量的不同而波動(dòng)較大影響產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題；本發(fā)明因采用水或水基淬火介質(zhì)使設(shè)備的造價(jià)大幅降低。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明主要包括槽體1、流體導(dǎo)向筒2、螺旋槳攪拌器3、升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4、蓋板5、升降平臺(tái)6、噴嘴7、噴嘴8，其連接方式為在槽體1的一側(cè)設(shè)置螺旋槳攪拌器3，螺旋槳攪拌器3的螺旋槳伸入液面以下，流體導(dǎo)向筒2為U型，螺旋槳攪拌器3的螺旋槳插入流體導(dǎo)向筒2的一個(gè)開(kāi)口，流體導(dǎo)向筒2另一個(gè)開(kāi)口設(shè)在淬火件浸入液體后的下方，升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4設(shè)在槽體1一側(cè)的上方，并與升降平臺(tái)6和蓋板5連接，槽體1設(shè)有蓋板5，蓋板5下設(shè)有噴嘴7，在槽體1中的液面上方設(shè)有噴嘴8。
噴嘴8設(shè)置在槽體1中的液面上方的升降平臺(tái)6移動(dòng)區(qū)域的四周。
噴嘴7和噴嘴8的噴射介質(zhì)為液體、氣體或氣液混合體。
權(quán)利要求
1.一種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，主要包括槽體(1)、流體導(dǎo)向筒(2)、螺旋槳攪拌器(3)、升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)、蓋板(5)、升降平臺(tái)(6)、噴嘴(7)、噴嘴(8)，其連接方式為在槽體(1)的一側(cè)設(shè)置螺旋槳攪拌器(3)，螺旋槳攪拌器(3)的螺旋槳伸入液面以下，流體導(dǎo)向筒(2)為U型，螺旋槳攪拌器(3)的螺旋槳插入流體導(dǎo)向筒(2)的一個(gè)開(kāi)口，流體導(dǎo)向筒(2)另一個(gè)開(kāi)口設(shè)在淬火件浸入液體后的下方，升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)設(shè)在槽體(1)一側(cè)的上方，并與升降平臺(tái)(6)和蓋板(5)連接，升降平臺(tái)6在升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)動(dòng)，槽體(1)設(shè)有蓋板(5)，蓋板(5)下設(shè)有噴嘴(7)，在槽體(1)中的液面上方設(shè)有噴嘴(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，其特征是噴嘴(8)設(shè)置在槽體1中的液面上方的升降平臺(tái)(6)移動(dòng)區(qū)域的四周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備，其特征是噴嘴(7)和噴嘴(8)的噴射介質(zhì)為液體、氣體或氣液混合體。
全文摘要
一種周期式分級(jí)淬火冷卻設(shè)備屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括槽體、流體導(dǎo)向筒、螺旋槳攪拌器、升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、蓋板、升降平臺(tái)、噴嘴(一)、噴嘴(二)，其連接方式為在槽體的一側(cè)設(shè)置螺旋槳攪拌器，螺旋槳攪拌器的螺旋槳伸入液面以下，流體導(dǎo)向筒為U型，螺旋槳攪拌器的螺旋槳插入流體導(dǎo)向筒的一個(gè)開(kāi)口，其另一個(gè)開(kāi)口設(shè)在淬火件浸入液體后的下方，升降平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)在槽體一側(cè)的上方，并與升降平臺(tái)和蓋板連接，槽體設(shè)有蓋板，在蓋板下面設(shè)有噴嘴(一)，在槽體中的液面上方設(shè)有噴嘴(二)。本發(fā)明使淬火過(guò)程的冷卻強(qiáng)度可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低了淬火成本，解決了硝鹽和油對(duì)大氣的污染和生產(chǎn)安全問(wèn)題。
文檔編號(hào)C21D1/62GK1403601SQ0213761
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者潘健生, 陳乃錄, 張偉民, 胡明娟, 顧健鋒 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)