一种水溶液淬火设备的制作方法

本发明涉及的是一种钢铁热处理装置，特别是一种高速降温，具有强烈淬火效应的水溶液淬火的工艺设备。

背景技术：

钢的淬火是普遍而重要的钢材强化方法。它是将钢加热到临界温度ac3(亚共析钢)或ac1(过共析钢)以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到ms以下(或ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的使用要求。

淬火的快速冷却过程一般是在介质中实现的，常用的介质为水，油和盐类物质。不同介质的冷却速度不同。按常规的理论，冷却速度越大，工件强度和硬度越高，但开裂倾向越大。如使用水作淬火介质，比使用油作介质，得到更高的强度和硬度，但淬火应力大，工件容易变形开裂。

近年来的最新研究表明，工件淬火时的开裂倾向和冷却速度的关系不是简单的线性关系。随着冷却速度的增加，开裂倾向先增加，在350℃/s达到最高，而冷却速度继续增加，开裂倾向减小。这是因为在350℃/s高速冷却条件下，工件表面层和内部收缩膨胀的组合形式发生变化，使表面层处于压应力状态，从而减轻开裂倾向，此即强烈淬火效应。研究表明，要获较大的表层压应力，冷却速度应遵循“高温快冷，低温慢冷”的先快后慢的原则。

同时在高速冷却条件下，工件的硬度、耐磨性等指标也比低速冷却条件下大为增加。

公开号为cn106011407a；cn101693942b等专利文件中公开的技术方案于本发明同属一个领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能进一步改善疲劳性能，淬火强度高，冷却时间和冷却强度可调节的水溶液淬火设备。

本发明的目的是这样实现的：

包括强烈淬火效应槽、介质池、泵、流量调节阀以及管路，所述强烈淬火效应槽安装在可调节支架上，通过可调节支架调节强烈淬火效应槽的倾斜度、控制工件在强烈淬火效应槽中冷却的时间，介质池位于强烈淬火效应槽的下方，泵将介质池中的介质通过管路送入强烈淬火效应槽的进口，流量调节阀设置在管路上。

本发明还可以包括：

1、强烈淬火效应槽是由内外夹层的壳体包裹形成的筒状通道，夹层外壁为密封结构，内壁为带孔板，淬火介质通入夹层中；强烈淬火效应槽分为上下两半，下半部分通过介质进孔产生水垫功能。

2、介质池中间设带孔隔板，带孔隔板倾斜安装，介质池内置有热交换器，热交换器接外部冷水。

本发明的水溶液淬火的工艺设备，用于代替淬火油的对钢零件的淬火。淬火介质选用无机盐的水溶液，无毒，不污染环境。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

使用本发明的水溶液淬火的工艺设备，可对钢或合金钢零件进行淬火。淬火无死角，硬化均匀，工件的硬度和耐磨性大大增加。淬火时间和淬火强度可调控，整个冷却过程符合“高温快冷，低温慢冷”的要求，增加工件外层的压应力，增加疲劳寿命。整个系统简单，同时水溶液比淬火油便宜，大大降低了生产成本。同时使用无机盐水溶液做淬火介质，替代有污染的淬火油，保护环境。

公开号为cn106011407a的专利文件中，主要针对真空水冷热处理，在淬火时，每一批工件放入吊筐组件中，处理完成后才能处理下一批，是按批次处理的，而本发明是一种常压下热处理设备，可连续处理由炉内出来的工件。公开号为cn106011407a的专利文件中，在淬火时，工件放入吊筐组件中，由喷头喷水，工件与吊筐接触的地方水不容易喷到，会形成冷却死角，使工件产生软点；而本发明设计了水垫功能，利用水垫作用和强烈淬火效应槽斜度配合作用使工件运动，没有夹具和底板等能挡住水流冲击而产生冷却死角的运输工具，从而淬火介质能不受阻碍的喷到工件表面各处，实现无死角的冷却。另一个不同是本发明最后的冷却装置为水槽，工件在其中的冷却速度降低了，符合强烈淬火“高温快冷，低温慢冷”的要求。

公告号为cn101693942b的专利文件中为一种水槽内强烈搅拌的强烈淬火系统，冷却功能在水槽内搅拌实现，淬火各时段冷却速度不能调节，同时沉底的零件有冷却死角；而本发明的冷却功能由强烈淬火效应槽喷水和水槽内冷却两步实现，实现“高温快冷，低温慢冷”的要求。

为达到好的强烈淬火效应，控制冷却过程的时间和冷却强度，本发明提出了水垫通道下降式的喷水型、两段冷却的工艺，工艺针对65mn，gcr15，9sicr等钢材制作的小件零件的控时控强度冷却，并依据工艺内容设计制造本发明的设备系统。本发明是控时控冷却强度的高速淬火的设备，其特点为工艺简单，成本低，淬火强度高，冷却时间和冷却强度可调节。工件表面压应力，可进一步改善疲劳性能，适用于制造齿轮，滚道，轴承圈，弹簧等需要高硬度高强度和高疲劳寿命的零件。

附图说明

图1为本发明水溶液淬火的工艺设备的系统示意图。

图2为本发明水溶液淬火的工艺设备中强烈淬火效应水槽结构图。

图3为本发明水溶液淬火的工艺设备中水池结构图。

图4a为20crmnti钢渗碳1h经cacl2水溶液介质淬火4s后的的试样表层xrd衍射图谱，图4b为局部放大图。

图5为20crmnti经cacl2水溶液介质淬火不同时间后冲击韧性随渗碳时间的变化趋势。

图6为20crmnti钢渗碳10h后经cacl2水溶液介质淬火后的硬度梯度曲线。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步描述。

结合图1，本发明的水溶液淬火的工艺设备由以下部分组成：强烈淬火效应水槽、可调节支架2、水池3、水泵4、流量调节阀5以及管路。

强烈淬火效应水槽1放在可调节支架2上，通过调节支架，水槽的倾斜度可调节。可调节支架上带有支架的调节系统6。通过调节水槽的倾斜度，可以调节工件在水槽中的运动速度，从而控制工件在水槽中冷却的时间。

结合图2，强烈淬火效应水槽由内外夹层的壳体包裹形成一个筒状的通道。工件从通道中心通过。夹层外壁为密封结构，内壁为带孔板，淬火介质通入夹层中，通过内壁孔板上的孔喷出。喷出的水流强烈的冲击工件，在工件表面的产生强烈的冷却作用，使表面高速降温；水槽分为上水槽11、下水槽12两半部分，下水槽通过细密的进水孔洞，产生水垫功能，避免零件接触水槽底面，防止这一部分因接触水槽底板而冷却速度小，组织硬化程度低，甚至产生裂纹。水垫作用也使零件运输过程中不需要夹具等运输工具，冷却无死角，全面进行强烈冷却。

结合图3，水池中间设带孔隔板7，带孔隔板保持一定斜度，利于零件向下方移动，水池内置有热交换器8，可接外部冷水。

工件从加热炉内取出后或运送出后，进入强烈淬火效应槽，然后向下运动，通过效应槽后，和水一起落入下方水池，工件落在隔离孔板上，移动到底部收集区的静水区，在此继续冷却。在强烈淬火效应槽中，冷却速度高；在水池中，冷却速度较低，符合“高温快冷，低温慢冷”的原则。

淬火工艺为：

(1)淬火介质使用比重1.22g/cm³的cacl2水溶液，介质温度为40℃。工件为夏比u形缺口冲击试样，长度55mm，横截面为10×10(mm)，中间按规范开槽。工件材料为20crmnti钢，成分(w％)：c0.21，si0.35，mn0.99，cr1.08，ti0.064，p0.012，s0.006；

(2)渗碳：工件经过930℃不同时间渗碳，然后油淬冷却；

(3)淬火：工件加热到860℃保温15min，在本发明的水溶液淬火工艺设备中淬火，强烈淬火效应水槽的水压力为2kg/cm²，水温为40℃。

(4)回火：工件在180℃保温2h。

图4a-图4b、5、6所示为实施实例的性能指标。由图5和6可知，经过本发明的水溶液淬火工艺设备淬火，工件可得到高硬度和高冲击韧性，尤其是冲击韧性，比普通油淬火的工件高出百倍。

从上述实施例可以看出，使用本发明提供的设备处理工件，得到得到高硬度和高冲击韧性，同时能够用于处理多种多种形状和材料的零件。本发明冷却能力可调节，对零件不同部分淬火程度均匀，无死角，相对于淬火油淬火，成本降低，无污染，应用前景广泛。