专利名称：周期式分级淬火冷却设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种分级淬火冷却设备，特别是一种周期式分级淬火冷却设备，属于金属材料热处理领域。
背景技术：
淬火是指将钢件加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。为了获得预定的组织和性能，许多常规的、特殊的以及组合的冷却方法和设备被采用。马氏体分级淬火就是方法之一。马氏体分级淬火大多采用硝盐或分级淬火油作为淬火介质，其优点是减小相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能。其缺点是生产成本高、设备操作危险性大、蒸发的硝盐或油烟对大气污染严重、介质冷却能力的不足限制了零件尺寸范围，因此该工艺推广受到制约。经文献检索发现，为了达到减小马氏体相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能，S.W.Han在《金属热处理》1995年(11)，P19～23，撰文《控时浸淬系统(ITQS)原理及在周期式和连续式生产中的应用》，该文提出了控时浸淬系统ITQS(immersion time quenching system)，该系统的核心是通过控制搅拌的方向和程度来实现的淬火开始阶段增大淬火烈度以获得高硬度，当工件温度接近Ms点时，降低淬火烈度以减小工件的畸变和开裂倾向。
周期式ITQS系统采用浸液方式淬火，设备主要由槽体、螺旋桨搅拌器、流体导向筒组成，其连接方式为在槽体的两侧设置螺旋桨搅拌器，螺旋桨插入槽体中介质一定深度，在螺旋桨部位设置流体导向筒，流体导向筒为L形，一个开口插入螺旋桨，另一个开口设在淬火件浸入介质中的淬火有效区的下方。周期式ITQS系统的工作过程是将淬火件加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后将热工件浸入介质中的淬火有效区内，介质在螺旋桨的旋转力的推动下通过流体导向筒的导向下流动并在有效淬火区的下方流出，实现淬火件周围的介质以一定的速度流动的目的。当淬火件刚一浸入介质中的一定时间内螺旋桨以较快的速度旋转，当淬火件的某一特定部位的温度达到马氏体组织转变的开始点温度(Ms点温度)时降低或停止螺旋桨的旋转速度。
结果表明，该系统对于减小工件的畸变有明显效果。ITQS系统淬火成功的关键是精确地确定初始冷却阶段(ARI)的冷却时间，其方法是通过计算或试验测量得出一定淬硬层所要求的H因子(相当于淬火烈度)，然后再查相应的表，确定ARI所要求的时间。ITQS系统与传统的实时淬火(Time quenching)设备的差别在于前者改变搅拌速度的时间和次序是由理论计算，并经实验验证，然后用计算机控制使其在生产实际中重现；而后者所采用的是反复试验方法，其成功与否是由操作者决定，而且常常难以重现。控时浸淬系统(ITQS)虽然在减小工件畸变方面有一定的效果，但是，在工件温度接近Ms点时仅仅是通过降低介质搅拌速率来减小介质冷却强度，而无法象马氏体分级淬火那样在接近Ms点温度下等温保持，实现最大限度的降低相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能目的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种周期式分级淬火冷却设备，使其冷却强度可调，并具有生产成本低、无污染、生产过程安全和适合较大尺寸淬火件的分级淬火。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括槽体、流体导向筒、螺旋桨搅拌器、升降平台驱动系统、盖板、升降平台、喷嘴(一)、喷嘴(二)，其连接方式为在槽体的一侧设置螺旋桨搅拌器，螺旋桨搅拌器的螺旋桨伸入液面以下，流体导向筒为U型，螺旋桨搅拌器的螺旋桨插入其流体导向筒的一个开口，其另一个开口设在淬火件浸入液体后的下方，升降平台驱动系统设在槽体一侧的上方并与升降平台和盖板连接，升降平台在升降平台驱动系统的驱动下沿导轨做上下运动，槽体设有在升降平台驱动系统的驱动下自动开启的盖板，盖板下设有喷嘴(一)，槽体中的液面上方设有喷嘴(二)。
喷嘴(二)设置在槽体中的液面上方的升降平台移动区域的四周。喷嘴(一)和喷嘴(二)的喷射介质可为液体(与槽体中的介质相同)、气体和气液混合体。
本发明的原理是将具有淬火件浸入功能的浸液淬火槽与喷冷(喷嘴)功能相组合，通过计算机控制工件在浸液淬火槽与喷冷的冷却强度与停留时间，实现工件表面层在浸液淬火槽中快速冷却到预定的温度，随后提升到液面以上的喷冷有效区域内上下窜动，在喷嘴喷射介质的喷射下实现维持表面温度波动不大的前提下带走工件心部的热量，实现分级淬火目的。
将淬火件加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后转移到淬火槽的升降平台(处于上位)上，升降平台载着淬火件下降到升降平台的下位进行浸液淬火，淬火件在以一定速度流动的介质中冷却到预定时间后，升降平台升到中位，并在喷嘴(一)和喷嘴(二)的喷射下作上下小幅窜动，最后喷嘴停止喷射介质，升降平台升到上位，至此整个淬火过程完成。整个淬火过程是通过调整螺旋桨搅拌器的转速及旋向、升降平台在各位置的停留时间、喷嘴的喷射介质及强度完成的。具体的喷嘴设置及数量可根据实际要求设定。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明是在对各种淬火冷却设备分析和尝试的基础上设计的，通过与传统马氏体分级淬火的对比分析，本发明具有以下特点和效果在周期淬火槽上附加喷淬功能，使淬火过程的冷却强度可根据要求进行调节；由于淬火介质可以采用水或水溶性介质，降低了淬火成本，同时也解决了硝盐和油对大气的污染和生产安全问题；解决了传统马氏体分级淬火采用的硝盐介质冷却能力因加入的水量的不同而波动较大影响产品质量的问题；本发明因采用水或水基淬火介质使设备的造价大幅降低。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括槽体1、流体导向筒2、螺旋桨搅拌器3、升降平台驱动系统4、盖板5、升降平台6、喷嘴7、喷嘴8，其连接方式为在槽体1的一侧设置螺旋桨搅拌器3，螺旋桨搅拌器3的螺旋桨伸入液面以下，流体导向筒2为U型，螺旋桨搅拌器3的螺旋桨插入流体导向筒2的一个开口，流体导向筒2另一个开口设在淬火件浸入液体后的下方，升降平台驱动系统4设在槽体1一侧的上方，并与升降平台6和盖板5连接，槽体1设有盖板5，盖板5下设有喷嘴7，在槽体1中的液面上方设有喷嘴8。
喷嘴8设置在槽体1中的液面上方的升降平台6移动区域的四周。
喷嘴7和喷嘴8的喷射介质为液体、气体或气液混合体。
权利要求
1.一种周期式分级淬火冷却设备，主要包括槽体(1)、流体导向筒(2)、螺旋桨搅拌器(3)、升降平台驱动系统(4)、盖板(5)、升降平台(6)、喷嘴(7)、喷嘴(8)，其连接方式为在槽体(1)的一侧设置螺旋桨搅拌器(3)，螺旋桨搅拌器(3)的螺旋桨伸入液面以下，流体导向筒(2)为U型，螺旋桨搅拌器(3)的螺旋桨插入流体导向筒(2)的一个开口，流体导向筒(2)另一个开口设在淬火件浸入液体后的下方，升降平台驱动系统(4)设在槽体(1)一侧的上方，并与升降平台(6)和盖板(5)连接，升降平台6在升降平台驱动系统(4)的驱动下沿导轨做上下运动，槽体(1)设有盖板(5)，盖板(5)下设有喷嘴(7)，在槽体(1)中的液面上方设有喷嘴(8)。
2.根据权利要求1所述的这种周期式分级淬火冷却设备，其特征是喷嘴(8)设置在槽体1中的液面上方的升降平台(6)移动区域的四周。
3.根据权利要求1所述的这种周期式分级淬火冷却设备，其特征是喷嘴(7)和喷嘴(8)的喷射介质为液体、气体或气液混合体。
全文摘要
一种周期式分级淬火冷却设备属于金属材料热处理领域。本发明主要包括槽体、流体导向筒、螺旋桨搅拌器、升降平台驱动系统、盖板、升降平台、喷嘴(一)、喷嘴(二)，其连接方式为在槽体的一侧设置螺旋桨搅拌器，螺旋桨搅拌器的螺旋桨伸入液面以下，流体导向筒为U型，螺旋桨搅拌器的螺旋桨插入流体导向筒的一个开口，其另一个开口设在淬火件浸入液体后的下方，升降平台驱动系统设在槽体一侧的上方，并与升降平台和盖板连接，槽体设有盖板，在盖板下面设有喷嘴(一)，在槽体中的液面上方设有喷嘴(二)。本发明使淬火过程的冷却强度可根据要求进行调节，降低了淬火成本，解决了硝盐和油对大气的污染和生产安全问题。
文档编号C21D1/62GK1403601SQ0213761
公开日2003年3月19日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者潘健生, 陈乃录, 张伟民, 胡明娟, 顾健锋 申请人:上海交通大学