用于感应淬火的可控冷却系统的制作方法

本实用新型涉及金属热处理生产中的感应淬火冷却领域，尤其涉及一种用于感应淬火的可控冷却系统。

背景技术：

感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件在交变磁场中切割磁力线，在产品表面产生感应电流，又根据交流电的集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。它在热处理领域中占有重要地位，这一技术已经在我国被广泛应用。

感应淬火装置包括感应加热部件和冷却部件组成，感应加热部件产生交变的电磁场，加热工件；冷却部件通过喷水冷却加热后的工件，提高工件的硬度，从而提高工件的耐磨性。

目前常用的感应淬火冷却装置主要采用单一的冷却介质水或油对工件进行冷却，如果采用水冷却工件，水的冷却速率较高，可获得硬度较高，淬硬层较深的样品，但是工件的变形量较大，甚至出现开裂现象；如果采用油冷却工件，油的冷却速率较低，可有效减小工件的变形量，但样品的淬硬层深度较浅，硬度也较低。

等温淬火是为了使材料获得贝氏体，从而具有高强度高硬度高疲劳等有优异。目前的等温淬火工艺，采用硝盐为冷却剂。将工件加热到设定的温度，保温一定的时间保证奥氏体化，然后在硝盐液中以一定的冷却速度冷却300℃上下的等温温度进行等温(等温温度与金属零件的材料成分相关)，获得贝氏体组织以及相应的力学性能。然而，随着我国环保政策的日益严格，热处理厂使用硝盐进行等温淬火的工艺受到严重的制约。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于感应淬火的可控冷却系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于感应淬火的可控冷却系统，包括供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、喷射套、等温转变装置和控制系统；控制系统分别与供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、等温转变装置相连并对其进行控制；供气装置为系统提供具有高压的冷却剂气体；气体加热冷却装置将供气装置提供的冷却剂气体的温度调整到设定的温度；冷却速率控制装置对冷却剂气体的温度、压力、流速进行实时监测，对进入喷射套的冷却剂气体的压力、温度、流量进行控制；喷射套将冷却剂通过喷射孔以设定的速度、压力和角度喷射到工件的表面，使工件按预定的冷却速度冷却；等温转变装置提供一个恒定温度的场所，用于在工件按预定冷却速度冷却到一定温度后的贝氏体组织转变。

进一步的改进，供气装置包括制氮机和和储气罐一；制氮机和储气罐一通过管道连接；储气罐一上设有温度传感器一和压力传感器一；储气罐一与气体加热冷却装置之间的管道上设置有电磁调节阀一；压力传感器一、温度传感器一和电磁调节阀一分别与控制系统相连并受控制系统控制。

进一步的改进，包括空气压缩机和储气罐二；空气压缩机和储气罐二通过管道连接；储气罐二上设有压力传感器二和温度传感器二；储气罐二与气体加热冷却装置之间的管道上设置有电磁调节阀一；压力传感器二、温度传感器二电磁调节阀一分别与控制系统相连并受控制系统控制。

进一步的改进，气体加热冷却装置包括由加热器和换热管组成的热交换器；热交换器上设有温度传感器三和压力传感器三；热交换器对流经的气体进行加热或冷却，以维持流经气体的温度在工艺设定的范围之内；热交换器、压力传感器三和温度传感器三分别与控制系统相连并受控制系统控制。

进一步的改进，冷却速率控制装置包括设置在气体加热冷却装置与喷射套之间的管道上的电磁调节阀二和电子流量计；电磁调节阀二和电子流量计分别与控制系统相连并受控制系统控制。

进一步的改进，喷射套包括进气管和喷头；喷头内侧壁上设有若干均匀分布的喷射孔。

进一步的改进，喷射孔的孔径为0.8-5mm。

进一步的改进，等温转变装置为保温炉；保温炉包括壳体和设置在壳体内的发热管；保温炉内设有温度传感器四；发热管与温度传感器四分别与控制系统相连。

进一步的改进，控制系统包括触摸屏、plc控制板、温控模块；plc控制器分别与触摸屏、温控模块、压力传感器一、电磁调节阀一、热交换器、压力传感器三、电磁调节阀二、电子流量计、发热管相连；温控模块分别与温度传感器一、温度传感器三和温度传感器四相连；

进一步的改进，plc控制器分别与触摸屏、温控模块、压力传感器二、电磁调节阀一、热交换器、电磁调节阀二、压力传感器三、电子流量计、发热管相连；温控模块分别与温度传感器二、温度传感器三和温度传感器四相连。

进一步的改进，还包括测温仪和温控探头；测温仪分别于plc控制板和温控探头相连；温控探头用于实时测量工件表面的温度；测温仪将该温控探头检测到的温度传送到温控模块。

本实用新型与现有冷却工艺比较，具有以下优点：

1、环境友好：本实用新型选择环境友好的空气或氮气为冷却剂。生产过程无污染。2、节约能源：本工艺对工件指定部位的表层进行淬火，不需要将整体的工件加热到奥氏体的温度，大大节约热能。同时，由于只对局部位置的表层淬火，所以冷却的工作量也大大减少，可以节约高压气体的用量，节约能源。3、节约冷却剂：感应淬火需要的冷却剂仅仅是整个工件热处理的百分之几。4、节约成本：由于节约能源和材料，提高生产效率，所以工件的热处理成本大大降低。5、更优异的性能：感应可控淬火可以达到比传统热处理更快更理想的冷却效果，因而提高工件的性能。

附图说明

图1是用于感应淬火的可控冷却系统实施例一的结构示意图。

图2是用于感应淬火的可控冷却系统实施例二的结构示意图。

图3是喷气套的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型优选的方案做进一步的阐述：

实施例一

如图1和3所示，一种用于感应淬火的可控冷却系统，包括供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、喷射套、等温转变装置和控制系统；控制系统分别与供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、等温转变装置相连并对其进行控制。控制系统包括触摸屏、plc控制板、温控模块；plc控制板分别与触摸屏和温控模块相连。

供气装置为系统提供具有高压的冷却剂气体；供气装置包括制氮机1和储气罐一2；制氮机和储气罐一通过管道连接；储气罐一上设有温度传感器一3和压力传感器一4；储气罐一与气体加热冷却装置之间的管道上设置有电磁调节阀一9；温度传感器一与温控模块相连；压力传感器一电磁调节阀一分别与plc控制板相连并其控制。

气体加热冷却装置将供气装置提供的冷却剂气体的温度调整到设定的温度；气体加热冷却装置包括由加热器和换热管组成的热交换器12；热交换器上设有温度传感器三10和压力传感器三11；热交换器对流经的气体进行加热或冷却，以维持流经气体的温度在工艺设定的范围之内；热交换器、压力传感器三分别与plc控制板相连；温度传感器三与温控模块相连。

冷却速率控制装置对冷却剂气体的温度、压力、流速进行实时监测，对进入喷射套的冷却剂气体的压力、温度、流量进行控制；冷却速率控制装置包括设置在气体加热冷却装置与喷射套之间的管道上的电磁调节阀二13和电子流量计14；电磁调节阀二和电子流量计分别与plc控制板相连。

喷射套15将冷却剂通过喷射孔以设定的速度、压力和角度喷射到工件的表面，使工件按预定的冷却速度冷却；其中、喷射套包括进气管152和喷头151；喷头内侧壁上设有若干均匀分布的喷射孔152。喷射孔的孔径为0.8-5mm。

等温转变装置提供一个恒定温度的场所，用于在工件按预定冷却速度冷却到一定温度后的贝氏体组织转变。等温转变装置为保温炉19；保温炉包括壳体和设置在壳体内的发热管20；保温炉内设有温度传感器四18；发热管与plc控制板相连；温度传感器四与温控模块相连。

用于感应淬火的可控冷却系统，还包括测温仪16和温控探头；测温仪分别于plc控制板和温控探头相连；温控探头用于实时测量工件17表面的温度；测温仪将该温控探头检测到的温度传送到温控模块，由于温控模块与plc控制板相连，plc控制板通过控制冷却速率控制装置，进而实现对工件的冷却速度的控制。

工作原理：制氮机出来的氮气经制冷机，达到工艺要求的温度，通过电磁调节阀一、电磁调节阀二和电子流量计控制进入喷射套的气体流量，通过调节空气的压力、温度和流速，使工件达到与等温淬火工艺相当的冷却速率。当工件的温度冷却到等温淬火保温温度时，工件被快速转移至保温炉中，完成等温贝氏体转变。喷射套的直径、喷射套的内侧喷射孔的孔径、喷射套的角度等影响工件的冷却速率，根据理论计算和实验可以建立冷却速率与喷射孔的孔径、角度及空气的温度、流量和压力有相应的函数关系。通过喷射套的直径、喷射套的内侧喷射孔的孔径、喷射孔的角度的精确设计,调节气体的压力和流量使冷却剂通过喷射孔以一定的速度、压力和角度喷射到工件的表面，实现工件按预定的冷却速度冷却。

实施例二

如图2、3所示，一种用于感应淬火的可控冷却系统，包括供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、喷射套、等温转变装置和控制系统；控制系统分别与供气装置、气体加热冷却装置、冷却速率控制装置、等温转变装置相连并对其进行控制。控制系统包括触摸屏、plc控制板、温控模块；plc控制板分别与触摸屏和温控模块相连。

供气装置为系统提供具有高压的冷却剂气体；包括空气压缩机5和储气罐二6；空气压缩机和储气罐二通过管道连接；储气罐二上设有压力传感器二7和温度传感器二8；储气罐二与气体加热冷却装置之间的管道上设置有电磁调节阀一9；压力传感器二、温度传感器二和电磁调节阀一分别与plc控制板相连并其控制。

气体加热冷却装置将供气装置提供的冷却剂气体的温度调整到设定的温度；气体加热冷却装置包括由加热器和换热管组成的热交换器12；热交换器上设有温度传感器三10和压力传感器三11；热交换器对流经的气体进行加热或冷却，以维持流经气体的温度在工艺设定的范围之内；热交换器、压力传感器三分别与plc控制板相连；温度传感器三与温控模块相连。

冷却速率控制装置对冷却剂气体的温度、压力、流速进行实时监测，对进入喷射套的冷却剂气体的压力、温度、流量进行控制；冷却速率控制装置包括设置在气体加热冷却装置与喷射套之间的管道上的电磁调节阀二13和电子流量计14；电磁调节阀二和电子流量计分别与plc控制板相连。

喷射套15将冷却剂通过喷射孔以设定的速度、压力和角度喷射到工件的表面，使工件按预定的冷却速度冷却；其中、喷射套包括进气管152和喷头151；喷头内侧壁上设有若干均匀分布的喷射孔152。喷射孔的孔径为0.8-5mm。

等温转变装置提供一个恒定温度的场所，用于在工件按预定冷却速度冷却到一定温度后的贝氏体组织转变。等温转变装置为保温炉19；保温炉包括壳体和设置在壳体内的发热管20；保温炉内设有温度传感器四18；发热管与plc控制板相连；温度传感器四与温控模块相连。

用于感应淬火的可控冷却系统，还包括测温仪16和温控探头；测温仪分别于plc控制板和温控探头相连；温控探头用于实时测量工件17表面的温度；测温仪将该温控探头检测到的温度传送到温控模块，由于温控模块与plc控制板相连，plc控制板通过控制冷却速率控制装置，进而实现对工件的冷却速度的控制。

工作原理：空气压缩机5用于将常压气体压缩成0.1-1mpa的压缩空气。压缩后的空气进入储气罐二6中形成一定压力的气体，压缩空气经制冷机，达到工艺要求的温度，通过电磁调节阀一9、电磁调节阀二13和电子流量计14控制进入喷射套15的气体流量，通过调节空气的压力、温度和流速，使工件达到与等温淬火工艺相当的冷却速率。当工件17的温度冷却到等温淬火保温温度时，工件17被快速转移至保温炉19中，完成等温贝氏体转变。喷射套的直径、喷射套15的内侧喷射孔的孔径、喷射套的角度等影响工件的冷却速率，根据理论计算和实验可以建立冷却速率与喷射孔的孔径、角度及空气的温度、流量和压力有相应的函数关系。通过喷射套的直径、喷射套的内侧喷射孔的孔径、喷射孔的角度的精确控制,调节气体的压力和流量使冷却剂通过喷射孔以一定的速度、压力和角度喷射到工件的表面，实现工件按预定的冷却速度冷却。

综上所述，本实用新型公开了一种感应淬火可控冷却系统，通过控制冷却剂的主要性能和工艺参数，达到盐浴等温淬火的工艺效果。该实用新型的特色在于使用环境友好的空气或氮气作为冷却剂，通过对冷却过程的精确控制，实现盐浴淬火的工艺，解决了现有工艺的硝盐等温淬火过程的污染问题。可准确控制淬火及等温处理时工件表面的温度,可实现组织转变的最大化,及实现少无变形热处理。该实用新型可用于钢材、qt500等合金淬火及贝氏体淬火，从而获得高的强硬性和抗疲劳性能。该工艺解决了目前热处理工艺使用水、油及硝盐带来的环节问题。同时，节能源和材料消耗，提高生产效率，减低成本。