一种分成多段排放气泡的浸油淬火冷却工件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及金属热处理中工件浸油冷却技术领域，特别是涉及一种分成多段 排放气泡的浸油淬火冷却工件。
【背景技术】
[0002] 目前，在生产过程中，为减小加热和淬火冷却过程中工件的弯曲变形，长轴类工件 大多用垂直悬挂的方式加热和淬火冷却。这里所说的淬火，既包括以获得一定深度的马氏 体组织为目的的淬火，也包括大直径工件浸油冷却来获得细珠光体组织的冷却过程。当前， 行业内普遍认为：同一工件上有效厚度相同的部分，在淬火冷却过程中通常能够获得相同 的淬火冷却效果;轴类工件各部分有效厚度相同，冷却效果自然也就相同。有关的书刊资料 上都没有与此相反的认识和报道。因此，在生产应用中，对于以垂直方式浸液淬火的长轴类 工件，通常只在指定部位检查其淬火硬度，而不沿轴向检查整个工件淬火硬度的均匀性。然 而，实际检测会发现，用现有淬火方法冷却得到的长轴类工件，淬火硬度并不均匀；指定的 局部硬度并不能真实反映整个工件的淬火硬度均匀性。将这样淬火硬度不均匀的工件投入 使用后，造成工件机械性能降低，使用寿命缩短，甚至可能导致零件在服役期出现意外事 故。
[0003] 目前，为了保证工件达到要求的淬火质量，有一些手段可以改善工件冷却均匀性 和提高工件淬火硬度，比如搅拌。一般而言，改善工件的冷却均匀性，就会同时提高工件淬 火的硬度均匀性，但由于工件形状复杂程度不一、材料淬透性高低不同，因而冷却的均匀不 一定能保证淬火硬度的均匀。通常认为，对淬火油做良好的搅拌能促使油温均匀，从而改善 工件的冷却均匀性，可提高淬火的硬度均匀性。同时，搅拌也加强了工件与淬火油的热交换 能力，可提高工件的淬火硬度。但是，一方面，鉴于介质搅拌的特点和搅拌问题的复杂性，要 使同炉淬火的不同工件，或者同一工件的不同部位同时处于温度均匀的淬火油中而获得相 同的冷却效果不大可能；另一方面，由于受工件形状和位置的影响，淬火油温度的均匀不意 味着工件淬火硬度的均匀性，其结果就是，即使同炉淬火工件也常出现部分工件发生淬火 变形或者硬度不合格的问题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种能提高轴类工件淬火 硬度和硬度均匀性的分成多段排放气泡的浸油淬火冷却工件，所述工件为轴类工件或具有 轴形区段的工件，在以垂直方式浸油淬火冷却前的所述工件上沿轴向设有若干个分隔环以 将所述轴类工件或轴形区段沿轴向分隔成多个区段。
[0005] 各所述分隔环分布在工件轴向的表面。
[0006] 所述分隔环与轴类工件或轴形区段为一整体加工件。
[0007] 所述分隔环有1-10个。
[0008] 所述分隔环的纵向截面为矩形、坡形、台阶形或三角形。
[0009] 所述分隔环顶面是平面、圆面或尖顶。
[0010] 所述分隔环与工件外表面结合部分在工件轴向上的长度，即基底厚度，为l-20mm。
[0011] 所述分隔环外沿距工件外表面的径向长度，即高度，为1-10_。
[0012] 所述相邻分隔环的间距为l〇mm-200mm。
[0013] 所述分隔环之间的间距可以相等，也可以不相等。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0015] 1.改善工件的内在质量:使用本实用新型的工件进行淬火可有效提高工件，尤其 是长轴类工件的淬火硬度及淬火硬度的均匀性，减小工件淬火畸变，并且提高轴件的疲劳 寿命。
[0016] 2.节省合金元素资源：由于本实用新型的淬火冷却工件可提高工件的淬火硬度， 因此可用较低淬透性的钢替换较高淬透性的钢，从而节省合金元素资源。
[0017] 3.降低生产成本:对于某些类工件，采用本实用新型淬火冷却工件作为淬火冷却 过程中的过渡工件后，可以用普通油淬火而获得现今使用快速淬火油才能得到的淬火冷却 效果，降低生产成本。
[0018] 4.提高生产效率:本实用新型的淬火冷却工件可以缩短工件的淬火冷却时间，尤 其是用于大直径长轴类工件时，效果更明显。
[0019] 5.与现有技术相比之下，本实用新型的工件具有原理简单、效果显著而又稳定，均 匀性极好等优点；因此，如果在继续使用原有工艺方法的同时，配合本实用新型的工件，也 就是在淬火加热之前，在工件的适当部位加工出分隔环，然后再进行淬火，就很有可能大大 减少甚至消除淬火不合格品。
【附图说明】
[0020] 图1所示为有分隔环的工件的结构示意图；
[0021] 图2所示为图1中分隔环的局部放大图；
[0022] 图3所示为无分隔环工件垂直表面蒸汽膜内气体流动方式的示意图；
[0023] 图4所示为无分隔环轴类工件在淬火冷却过程中不同时刻的状态图；
[0024] 图5所示为图4无分隔环轴类工件在淬火冷却过程中的交界线扩展图；
[0025]图6所示为本实用新型工件中分隔环的作用原理示意图；
[0026] 图7所示为实验例一中无分隔环的轴类试样在淬火冷却过程中不同时刻的状态 图；
[0027] 图8所示为实验例一中有分隔环的轴类试样在淬火冷却过程中不同时刻的状态 图；
[0028] 图9所示为实验例一中无分隔环和有分隔环的两个轴类试样在淬火冷却过程中的 交界线扩展图；
[0029] 图10所示为实验例二中无分隔环和有分隔环的两个轴类试样在淬火冷却过程中 的交界线扩展图；
[0030] 图11所示为实验例二中无分隔环和有分隔环的两个轴类试样的淬火态表面硬度 分布对比曲线。
【具体实施方式】
[0031] 近些年来，本实用新型的发明人通过大量的试验，研究了多种试样的浸液淬火冷 却过程，发现同一工件上有效厚度相同的部分通常不能获得相同的淬火冷却效果;轴类工 件有效厚度相同，上下各部分的冷却效果却大不相同。目前有关书刊资料和行业内都还没 有此类情况的报道。同时，除本实用新型的发明人外，至今没有见到过有关浸液淬火中工件 表面蒸汽膜内的气体会发生流动，以及蒸汽膜会向外排放气泡的研究报道;更没有关于蒸 汽膜内气体流动以及气泡排放会对工件冷却快慢和冷却均匀性产生影响的报道。
[0032] 发明人进一步发现:浸液淬火中工件表面蒸汽膜内的气体会发生流动，高温气体 会从蒸汽膜顶端向外排放气泡释放热量，进而研究得到蒸汽膜内气体流动会对工件冷却快 慢和冷却均匀性产生影响，总结出了影响浸液淬火工件冷却快慢和冷却均匀性的两个新因 素:一个是工件表面蒸汽膜内气体流动的影响；另一个是工件表面从蒸汽膜方式向泡核沸 腾（以下简称沸腾)方式的转型先后顺序的影响。进而，发明人用这两个新因素揭示的知识 发展出来本发明的淬火冷却技术，也可以称为精细淬火冷却技术。
[0033]第一个因素中，发明人发现的蒸汽膜内气体的流动规律如下：蒸汽膜内的气体是 从蒸汽膜外侧内层的液面蒸发出来的。在蒸汽膜内的气体中，紧挨高温工件外表面的内层 气体温度最高，而紧挨液面的外层气体温度最低，因此蒸汽膜内的气体温度分布很不均匀。 对于轴类工件，在垂直表面的蒸汽膜内，不管所处的位置是高还是低，蒸汽膜内紧挨液面的 外层气体温度基本相同（通常，外层气体温度只稍高于冷却介质的沸点温度）。由于内层气 体和外层气体之间存在巨大的温度差，蒸汽膜内的气体必然会发生流动。
[0034] 气体流动的可能方式包括层流和循环对流。图3是工件垂直表面蒸汽膜内气体流 动的一种典型方式的示意图：把蒸汽膜内的气体按流动情况分成最靠近高温工件的层流 层、最靠近液面的循环对流层，以及它们之间的中间部分。
[0035] 其中，内层气体向上流动，成为沿工件外表面垂直向上的层流层。层流层向上输送 的始终是同一高度的气体中温度最高的那部分气体。层流层向上输送的气体，最终从工件 上方蒸汽膜的顶部以气泡的方式排放到淬火液中。就这样，从工件下方液面蒸发出来的气 体，被源源不断地从工件顶部蒸汽膜排放出去。在向上流动中，由于最接近高温的工件表 面，并受到高温表面的进一步加热，层流层内的气体温度会不断升高，这又将减缓工件上方 表面的散热速度，也就是减弱工件上方的冷却效果。从效果上，这也可以说成是层流层气体 对上方工件表面的加热