一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，属于 金属材料热处理工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 贝氏体/马氏体复相组织的铸(锻)钢件或铸铁件由于具有优良的耐磨性能和优异 的综合力学性能，广泛应用于耐磨、耐冲击、高强度和高韧性等多种场合中的磨球、衬板中。 传织的方式主要有：（1)采用等温淬火工艺获得，即将奥氏体化后的工件急冷到下贝氏体 温度区等温转变后，再淬火到马氏体转变点以下，获得贝氏体/马氏体复相组织。此方法中 等温介质一般为硝酸盐或淬火油。该工艺的缺点是：能耗大、淬火介质易污染环境、工件易 开裂变形等；（2)通过合金化在空冷或铸态条件下获得贝氏体，即通过加入一定量的合金 元素 Mo、Ni、B等，使CCT曲线右移，推迟高温转变，以适宜的冷却速度使过冷奥氏体连续通 过贝氏体转变的中温区，从而在空冷条件下获得贝氏体/马氏体复相组织。该工艺与工艺 (1)相比，具有节约能源、减少环境污染的特点，但合金元素加入后易形成碳化物或氧化物， 影响材料性能，从而导致材料成本上升、使用性能较差等不足。
[0003] 针对传统钢铁热处理获得贝氏体方法的缺点，中国发明专利CN102605145A公开 了一种钢铁等温淬火-回火冷却工艺，该工艺直接将工件一次性淬到马氏体转变温度线以 下，再用加热炉进行回火，之后再次进行水淬，反复进行水淬-回火，最后使工件处于贝氏 体转变区，利用余热进行贝氏体等温转变，解决了大型工件强韧化处理淬透性难题，环保无 污染，但该工艺存在的问题主要有：（1)热处理时一次性淬到较低温度，工件内外因冷却速 度相差较大，导致热应力较大，容易产生裂纹或增加开裂倾向；（2)反复回火增加了能源消 耗，操作繁杂，不利于产业化。中国发明专利CN1944691A公布了一种贝氏体球墨铸铁的控 制冷却热处理工艺及装置，该工艺采用水作为淬火介质，利用所设计的控制冷却热处理装 置将水雾化，在球墨铸铁工件奥氏体化后进行喷淋，迅速冷却到贝氏体转变区后终止喷淋， 该工艺能节约大量的能源，减少合金元素的加入，降低环境污染，操作简单，但存在的问题 主要有：（1)喷淋时不能保证工件表面所有部位喷水的均匀性，特别是球形工件，难以保证 各部位喷水量相同，冷却速度也就不尽相同，导致组织应力集中；（2)对于尺寸较大的工 件，表面层与心部冷却速度相差较大，表面层处于贝氏体转变温度时，心部温度仍然较高， 处于珠光体温度区，停止喷淋，内部温度向外传导，导致表层温度升高，容易生成上贝氏体， 导致组织性能变差，且组织的均匀性也较差。
[0004] 综上所述，现有的技术对于壁厚较大的工件在进行贝氏体转变时，没有或无法有 效的控制表面与心部的冷却速度，导致表面与心部的组织力学性能差异大，使用过程中易 开裂。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种贝氏体-马氏体复相 钢/铁分级等温淬火热处理装置。本实用新型针对壁厚较大的工件在获得贝氏体时无法攻 克淬透性的问题，通过本实用新型贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置采 用"锯齿状"分级等温淬火获得性能优越的贝氏体/马氏体复相组织，本实用新型通过以下 技术方案实现。
[0006] 一种贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置，包括工作台1、导轨支 架2、导轨3、可调速电机4、水箱5、感应器7、多孔篮筐8、气缸9、PLC控制箱11和气缸接气 孔12,工作台1上表面焊接导轨支架2,导轨支架2上焊接导轨3,可调速电机4用螺栓固 定于工作台1上，可调速电机4与导轨3通过传送带和齿轮混合连接，水箱5位于导轨支架 2的下端，气缸9与导轨3通过卡扣机械嵌合，气缸9上设有气缸接气孔12,气缸接气孔12 通过导管与空气压缩机连接，气缸9的下端设有多孔篮筐8,导轨支架2中间位置设有感应 器7,可调速电机4、感应器7、空气压缩机与PLC控制箱11相连。
[0007] 所述导轨3为环形跑道结构，可实现两端同时进行热处理、提高工作效率。
[0008] 所述水箱5下端设有入水口 10，上端设有出水口 6。
[0009] 当进行水冷时，将多孔篮筐8内的工件通过气缸9伸长置于水箱5中，达到水冷时 间后气缸9压缩将多孔篮筐8内的工件进行回温，到达回温时间后，气缸9伸长将多孔篮筐 8内的工件置于水箱5进行水冷，如此循环直至满足实际所需循环次数。
[0010] 该贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置的使用方法 为：将工件置于多孔篮筐8内，从导轨支架2的一端通过导轨3向导轨支架2的 中间位置移动，并将工件的常规参数(如厚度）输入到PLC控制箱11中，根据公式
确定第η次水冷时间Tn、第η次回温时间 tn、循环次数为Ν，当感应器7感应到工件到达时，PLC控制箱11控制空气压缩机运转，气缸 9开始序进行伸缩和旋转运动，伸长时，多孔篮筐8入水，工件进行水冷，压缩时，多孔篮筐8 出水，工件进行回温，循环指定的次数N后，气缸9恢复收缩状态，保证多孔篮筐8处于空气 中，之后送至出料口送入保温箱，利用余热堆冷进行贝氏体转变；最后空冷至室温，最终获 得贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
[0011] 利用该贝氏体-马氏体复相钢/铁分级等温淬火热处理装置的处理方法，首先将 工件奥氏体化后投入循环水中水冷而不冷透，水冷过后在空气中利用余热回温使工件内外 温度相近，然后再将内外温度相近的工件投入循环水中水冷，每次水冷和余热回温形成一 次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理后工件平均温度处于贝氏 体转变温度区间时，工件利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；最后空冷至室 温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
[0012] 其具体步骤如下：
[0013] 步骤1、首先将工件在850~950°C进行奥氏体化，其中按工件有效厚度每IOOmm保 温2h进行保温；
[0014] 步骤2、将步骤1的奥氏体化后的工件投入到循环水中水冷而不冷透，第一次水冷 时间T 1按工件有效厚度每5~6mm水冷Is计算，将工件由水中取出，在空气中利用余热回温， 以使工件内外温度相近，第一次回温时间h按第一次水冷时间T ^勺3/4计算，每次水冷和 余热回温形成一次循环热处理过程，经循环次数为N的分级等温淬火循环热处理，工件表 面层的温度呈"锯齿状"下降趋势，如图1所示，当工件平均温度为贝氏体转变温度时，工件 利用余热堆冷或保温箱保温进行贝氏体等温转变；
[0015] 步骤3、将经步骤2处理过后的工件空冷至室温，完成马氏体转变，得到贝氏体-马 氏体组织的贝氏体-马氏体复相钢/铁。
[0016] 所述步骤2循环热处理过程中水冷时间与回温时间逐步递减，第η次水冷时间Tn、 第η次回温时间t n、循环次数为N根据下列公式确定：
,其中D为工件的有效
厚度，单位为mm，a为系数取5~6mm/s，彡为系数取16~20mm (铸铁卢取16~18，，钢卢取 18~20)，η 为 1、2、3、...、N。
[0018] 所述步骤2贝氏体等温转变时间根据下列公式确定 其中5为工件的有效厚度，单位为mm，为系数取〇. 5~0. 8min/mm。
[0019] 本实用新型的有益效果是：通过本实用新型的处理装置能实现反复水淬-回温， 既可以顺利绕过珠光体鼻尖温度区，又能使工件内外温差较小，显著降低了组织应力，有效 减小或防止了大型工件淬火开裂倾向；采用"锯齿状"分级淬火，无需考虑淬透性问题，减少 了合金元素的加入，降低了生产成本；工件内外能同时缓慢地进入贝氏体转变区，获得的贝 氏体/马氏体复相钢(铁）工件心部与表面组织、力学性能均勾，材料整体使用性能较好；利 用工件自身余热回温实现分级淬火，节约了能源；淬火介质为水，绿色环保，安全高效。
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型