一种奥铁体球铁转变控制冷却装置的制作方法

本发明提供了一种奥铁体球铁转变控制冷却装置，尤其涉及一种用于通过控制冷却工艺来制备奥铁体球铁的方法中的装置，属于金属材料技术领域。

背景技术：

奥铁体球铁的显微组织由奥氏体加上针状铁素体的混合组织组成。其每一束针状铁素体由许多位相相同，厚度大约为200nm的薄铁素体片组成。其奥氏体有两种形态：一种是存在于针状铁素体之间的近似于等轴形的块状奥氏体；一种是存在于针状铁素体内的薄条形奥氏体。将球墨铸铁加热至奥氏体开始形成的温度以上，保持一定时间，使基体组织转变为奥氏体组织，然后以避免产生珠光体的冷却速度快速冷却至马氏体开始转变温度以上，并等温保温一定时间，使球墨铸铁得到由针状铁素体和富碳奥氏体组成的奥铁体基体的一种热处理工艺。这种热处理工艺称为等温淬火热处理。

奥铁体球铁具有很高的强度、疲劳强度、冲击韧性，优越的耐磨、抗磨性，良好的吸震性能等优点，在各种装备制造领域都得到广泛的应用。随着现代工业激烈的竞争，高性能低成本的材料是各企业所追求的目标，而奥铁体球铁可以很好地满足要求。比如，以奥铁体球铁代替锻钢及铸钢生产汽车零部件，可减重10-30％，降低相对成本15-30％，因组织中含有球状石墨能显著降低工作噪音，同时可以大幅度提高零件使用寿命。

然而，现代先进制造行业提倡节材减能、绿色环保、可持续发展的原则。目前奥铁体球铁的主要生产方式为等温淬火热处理，其能耗较大、生产周期较长，如果处理不当会对环境有一定的影响。

技术实现要素：

本发明提供了一种奥铁体球铁转变控制冷却装置，同时该装置结构简单、使用方便，具有节能、省时、环保等优点。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种奥铁体球铁转变控制冷却装置，至少包括中空的炉体、控制系统、空气压缩机和水雾发生器，其中炉体的前面设置有密闭性炉门，炉体内的顶部设置有空气搅拌器和用于监测炉体内气氛温度的热电偶，炉体内的底部设置有用于放置工件的工件架，工件架为网格式结构，炉体的四周除炉门外的侧壁上均分布有加热管，炉体的侧壁上还设置有用于监测工件温度的高精度光学测温仪和耐高温玻璃，其中高精度光学测温仪、耐高温玻璃以及工件位于一条直线上；炉体内的顶部和底部分别设置有一个与工件架位置上下对应的喷头；上述空气搅拌器、热电偶、加热管、高精度光学测温仪均与控制系统电连接，空气压缩机上的气管通过三通连接有第一冷却管和第二冷却管，第一冷却管和第二冷却管分别与炉体内的顶部和底部的喷头对应连通，气管上设置有与控制系统电连接的气量调节阀；所述水雾发生器上的出雾管与气管相连通，水雾发生器与控制系统电连接。

所述工件架的底部设置有承重板和升降液压缸，承重板固定于升降液压缸的伸缩杆上，工件架固定于承重板上，在工件进入炉体内部后，升降液压缸通过承重板和工件架将工件顶起使工件位于炉体内的中心区域。

所述炉门与工件架之间还设置有用于传输工件的传动滚道。

所述炉体的底部设置有底座。

与现有技术相比，本发明提供的控制冷却制备奥铁体球铁的装置具有以下优点：1降低能耗：与盐浴等温淬火工艺相比，本发明提供的控制冷却装置在使用时去除了再次奥氏体化工序，从而在很大程度上降低了能耗。2缩短生产周期：本发明提供的控制冷却装置在使用时去除了再次奥氏体化以及奥氏体化保温两道工序，大量缩短了生产周期。3环保节能：盐浴等温淬火处理需要在有足量硝酸盐的盐池中等温，需对硝盐进行回用处理，以达到环保要求。而本申请提供的控制冷却装置采用空气及水冷却，清洁环保。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的奥铁体球铁转变控制冷却装置结构示意图；

图2为图1中提供的奥铁体球铁转变控制冷却装置的a-a向剖视图；

图3为控制系统的结构示意图；

图中：1加热管、2空气搅拌器、3喷头、4热电偶、5炉门、6传动滚道、7承重板、8工件、9工件架、10升降液压缸、11底座、12炉体、13高精度光学测温仪、14耐高温玻璃、15空气压缩机、16气量调节阀、17第一冷却管、18出雾管、19水雾发生器、20第二冷却管、21控制系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

本实施例中所提供的奥铁体球铁转变控制冷却装置的结构如图1、图2和图3所示，至少包括中空的炉体12、控制系统21、空气压缩机15和水雾发生器19，其中炉体的前面设置有密闭性炉门5，炉体内的顶部设置有空气搅拌器2和用于监测炉体内气氛温度的热电偶4，炉体内的底部设置有用于放置工件的工件架9，所述炉门与工件架之间还设置有用于传输工件的传动滚道6；所述工件架的底部设置有承重板7和升降液压缸10，承重板7固定于升降液压缸10的伸缩杆上，工件架固定于承重板上，在工件8进入炉体内部后，升降液压缸通过承重板和工件架将工件顶起使工件位于炉体内的中心区域。炉体的四周除炉门外的侧壁上均分布有加热管1，炉体的侧壁上还设置有用于监测工件温度的高精度光学测温仪13和耐高温玻璃14，其中高精度光学测温仪、耐高温玻璃以及工件位于一条直线上；炉体内的顶部和底部分别设置有一个与工件架位置上下对应的喷头3；所述炉体的底部设置有底座11。

上述空气搅拌器、热电偶、加热管、高精度光学测温仪均与控制系统21电连接，空气压缩机15上的气管通过三通连接有第一冷却管17和第二冷却管20，第一冷却管17和第二冷却管20分别与炉体内的顶部和底部的喷头3对应连通，气管上设置有与控制系统电连接的气量调节阀16；所述水雾发生器19上的出雾管18与气管相连通，水雾发生器19与控制系统电连接。

本实施例中所提供的奥铁体球铁转变控制冷却装置的工作流程如下：第一步，熔炼合格的铁液，出炉温度为1500℃±10℃，经球化孕育处理，铁液浇注温度为1360～1390℃，浇注至装有热电偶的铸型中，通过热电偶实时检测温度，当工件温度降至920℃～950℃时快速打箱；

第二步，打开炉门将工件通过传动滚道快速推入到预先处于设定等温温度(本实施例中为350℃)的炉内，关闭炉门(从工件打箱到进入炉中，在10～20秒内完成)。通过控制系统打开炉内顶部的空气搅拌器，使炉内温度均匀一致。然后通过控制系统控制升降液压缸使承重板顶起工件架处于工作状态。通过装在炉侧壁上的高精度光学测温仪透过耐高温玻璃实时检测工件温度，每隔10秒采样一次。高精度光学测温仪、耐高温玻璃以及工作状态中的工件处于一条水平线上，以保证高精度光学测温仪能准确检测工件温度。通过控制系统打开连着空气压缩机的气量调节阀，炉内顶部和工件架底部的喷头同时喷射空气冷却，使工件均匀冷却。装在炉内顶部与控制系统相连的热电偶实时检测炉内气氛温度。

第三步，1.当工件的温度降至850℃左右时，通过控制系统打开连接水管的水雾发生器，由于虹吸原理能使水雾混合到空气流中，同时喷射空气和水雾使工件快速冷却；2.当铸件温度冷却至400℃时，通过控制系统关闭水雾发生器但继续喷射空气冷却，使工件冷却强度降低；3.工件温度冷却至设定的等温温度(根据所制备的奥铁体球铁的不同牌号，等温温度在260℃～380℃内进行选择，本实施例中为320℃±3℃)时，停止喷射空气，继续等温过程；4.当工件处于等温过程中时，需要使等温温度稳定在设定温度±3℃内。而由于工件在冷却过程中，心部与表面存在温度梯度，以及组织转变产生相变热，加上对流辐射散热，炉内温度可能变化。若工件温度高于设定等温温度3℃时，通过控制系统打开气量调节阀喷射空气冷却。当工件温度低于设定等温温度3℃时，通过控制系统打开侧壁上的加热管加热。

第四步，工件达到等温时间(本实施例中为1小时)后，通过控制系统控制升降液压缸降低承重板，使工件架回到初始位置，然后取出工件并关闭炉门和控制系统，将取出的工件空冷至室温，最终得到基体组织为奥铁体的奥铁体球铁。