一种圆锯片空气淬火方法与流程

本发明属于热处理领域，具体涉及一种圆锯片空淬方法和装置。

背景技术：

淬火工艺作为热处理过程中的重要环节之一，对于材料性能的发挥、减少组织残余应力和表面变形等方面起着重要作用。

目前圆锯片常用的淬火方式主要有油淬，盐、碱浴淬火等。油浴和盐、碱浴冷却速度较快，但不能精确控制材料的淬火过程中各部分的冷却速度，导致温度均匀性差、冷却速度控制困难，材料的变形和开裂倾向较大，同时盐浴炉淬火、回火腐蚀周围的环境、设备，对于环保要求高的现代工业是不适应的，并且操作也较为复杂。

技术实现要素：

为了克服上述不足，本发明提供一种清洁、低成本、利于控制质量及减小变形开裂的空淬方法和装置。

已有许多文献对于气淬作了大量的论证和研究，其目的在于利用气体介质的特性，在获得期望冷却速度的同时尽可能地减小由于淬火引起的变形和开裂情况。为达此目的，研究者选取换热系数较高的气体，并增加气体速度和气体压力。

从冷却性能和经济角度考虑，目前较常用于气淬的气体为氮气，它通常被用于高压情况下的淬火。本发明推荐使用空气，主要是因为其成本低，可随意获取，对于设备要求低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘，所述上、下压盘分别设置有空气腔，所述上、下压盘内均匀分布有喷嘴，所述喷嘴与对应的空气腔相连通，所述空气腔分别与进气管道相连。

与风冷装置相比，单纯地用风冷的方式淬火时无法达到锯片对于冷速的要求，其冷却能力明显不足，淬火后无法得到期望的组织。本发明在空气冷却的基础上，加入雾化气体冷却，这弥补了单纯空冷冷却能力低的缺陷。其次本发明装置中的上下压盘在锯片淬火时能均匀地压紧锯片基体，进而有效地防止淬火时由于热应力及组织应力造成的变形，同时保证了锯片对于平面度的要求。

优选的，所述上、下压盘内还设置有环形导流槽。所述环形导流槽在锯片淬火时压紧锯 片，防止淬火过程中的锯片变形，所述环形导流槽在淬火时引导气流，使锯片均匀冷却。

优选的，所述进气管道通过雾化阀与进水管道相连。

优选的，所述进气管道和进水管道上分别设置有流量控制装置。

更优选的，所述流量控制装置为阀门。

优选的，所述空气腔的直径为所述进气管道直径的2.5～3.2倍。通过压缩空气流动，在雾化阀内与从水管流入的水流作用形成水雾，雾化气体通过管道流进空气腔，然后经过喷嘴喷向工件表面。

优选的，所述喷嘴以环形阵列的方式均匀排列在上、下压盘上。所述环形阵列的圈数与环形导向槽圈数相等，且成一一对应关系。喷嘴与环形导向槽的对应设置，有效地引导喷出气体在槽内区域的流动，提高了冷却效率。另一方面，淬火时导向槽壁以一定载荷压紧锯片表面，防止了锯片在淬火过程中由于热应力及组织应力引起的基体变形。

优选的，所述喷嘴轴线垂直于锯片表面。

优选的，所述空气腔的两端同时设置有与进气管道相连的进气口。

优选的，所述装置运行时，通入的气体为空气或雾化气体。

本发明中所属雾化气是一种空气和水的两相混合物。

优选的，本发明中所述的高压气和高压水通过泵输送。

本发明还提供了一种圆锯片空气淬火方法，包括：

在高通量的空气环境中，将温度为650℃以上的锯片冷却至450℃，得锯片Ⅰ；

在高通量的雾化气环境中，将锯片Ⅰ冷却至400℃，得锯片Ⅱ；

在高通量的空气环境中，将锯片Ⅱ在空气中冷却至150℃以下，即得；

所述锯片的材料为碳合金钢。

对于不同规格的锯片来说，其在淬火时对于冷却速度的要求不同，而气体压力、水压及气水比将直接影响冷却速度的大小，因此对于气压、水压及气水比的要求也不尽相同。在实际生产过程中，本领域技术人员可根据具体的锯片情况对以上参数进行常规选择，充分发挥本发明冷却速度可调节的优势。

本发明中所述整个淬火过程中锯片始终在在非密闭的环境下。

所属雾化气是一种空气和水的两相混合物。

本发明还提供了一种较优的圆锯片空气淬火方法，具体包括如下步骤：

a.上压盘4和下压盘2通过其上的环形导流槽13压紧处于高温状态的锯片基体；

b.打开空气阀门10，进气管11通入高压空气，经过气管3进入上下压盘的空气腔15，然后通过喷嘴14，喷向锯片表面，冷却锯片至650℃；

c.打开水阀门8，液水管9通入高压水，在雾化阀7中与空气相互作用，形成水雾，通过气管3流向两压盘，进而冷却锯片至400℃；

d.关闭两侧的水阀门8，继续由空气单一冷却，锯片冷却至150℃以下，关闭两侧空气阀门10。

其核心在于：空气及雾化气体以空气-雾化气-空气交替的方式对锯片进行淬火。

本发明的淬火方法基于以下理论：当淬火工件浸入淬火介质中，在过冷奥氏体稳定性低的温度范围，即C曲线的鼻温附近，冷却速度应大于临界冷却速度，使工件能够快速通过珠光体和贝氏体转变区，工件淬火后得到足够的硬度；碳钢和低合金钢淬火冷却到650℃之前，奥氏体还比较稳定，可以以较慢的速度冷却，能够减小工件因内外温差而引起的热应力。在650-450℃范围，要求有足够快的冷却速度(超过临界冷却速度)，低于400℃特别是在Ms点和A1点稍下的温度，希望工件的冷却速度尽量缓慢，以减少由于工件内外温度差而引起的热应力和组织应力，从而可以有效地防止工件的变形和开裂。

因此，根据上述理论，针对锯片材料的特性，对其淬火过程分为三个阶段：

第一阶段：在锯片温度650℃以上时，需要缓慢冷却，以减小热应力，因此利用喷射空气进行冷却。

第二阶段，在锯片温度在400℃以上时，由于空气冷却速度不足，该阶段改为用雾化气体冷却，空气和水以适当比例混合，通过较高气压的作用，从喷嘴喷出后形成水雾，雾化气体的冷却速率将提高数倍。

第三阶段，当锯片经过雾化气体冷却温度下降至400℃时，关闭雾化装置的水阀门，由空气对锯片进行冷却。由于从此温度开始，工件需要缓慢冷却，以减少热应力和组织应力，防止变形和开裂。而空气的冷却速率低，可以很好地满足该阶段对冷速要求。

在第二阶段，要求淬火介质要有较快的冷速，快速躲过C曲线鼻温区，然而空气在此阶段无法达到期望的冷却速度，进而无法达到预期组织。利用水和空气形成的雾化气体可以满足对冷却速度的要求。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所用装置结构简单，易于制造，成本低。而淬火炉结构复杂，制造成本较高，且在使用时对于周围环境有较高的要求。换热界面处没有液化、气化现象，换热系数较普通 淬火方式小。

(2)本发明利用空气-雾化气交替淬火的方式，能极大地满足淬火过程中各个阶段对于冷却速率不同的要求，进而有效降低淬火变形开裂，提高锯片基体的质量。淬火工件表面质量高、不易氧化，工件内应力较小，能最大限度地防止工件产生裂纹，保证制造和生产质量。

(3)气体淬火没有特定的介质，辅助费用低廉，设备简单，投资小。

(4)气体淬火过程清洁，无需清洗，不会污染环境，操作简单。

(5)气淬参数可调节范围广、冷却速度调节范围大、冷速均匀，可以局部淬火，生产效率高。

(6)气淬时的工艺参数易于自动控制，提高生产率。

(7)本发明装置结构简单、操作方便，对于现场工作人员要求不高，实用性强，易于推广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明压盘的结构示意图。

图3是本发明压盘剖视图。

其中，1下支撑座、2下压盘、3气管、4上压盘、5上支撑座、6液压导柱、7雾化阀、8水阀门、9液体管、10气体阀门、11气体管、12液压泵、13环形导流槽、14喷嘴、15空气腔、16进气口。

具体实施方式：

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1

如图所示，一种锯片空淬装置，其特征在于：下压盘2安装在下支撑座1内，上压盘4安装在上支撑座5内，上压盘4和下压盘2内分布有环形导流槽13和喷嘴14，上压盘和下压盘两端分别有进气口16，上下压盘内部有空气腔15，在下压盘2四周设有液压导柱6，上支撑座5通过液压泵12沿液压导柱6上下往复运动，空气进入气体管11，气体阀门10可以调节气体流量，水从液体管9进入，水阀门8可以控制水流量，空气和水进入雾化阀7后形成雾化气体，从气管3进入压盘。

本发明的工作过程如下：

将待淬火的圆锯片基体送至下压盘2的环形导流槽13上面，上支撑座5通过液压泵12沿液压导柱6迅速下压，将锯片基体加压压紧。

打开空气阀门10，高压气体由气体管进11，流经雾化阀7，通过气管3进入两压盘，通过喷嘴14喷出进行冷却。

当锯片温度下降到650℃时，打开水阀门8，高压水通过水管9流入雾化阀7，与空气作用形成雾化气体，雾化气体流经气管3进入两压盘，由喷嘴14喷向锯片表面。

当锯片温度降至400℃时，关闭水阀门8，继续由空气进行冷却，当锯片温度冷却至150℃以下时，关闭空气阀门10，上支撑座5沿液压导柱6升起，将锯片基体取出，完成淬火。

所述圆锯片材料是75Cr1钢，是一种高碳低合金钢。

实施例2

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔相连通，所述空气腔分别与进气管道相连。

实施例3

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述上、下压盘2、4内还分别设置有环形导流槽13。

实施例4

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述进气管道11通过雾化阀7与进水管道9相连。

实施例5

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上 下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述进气管道11和进水管道9上分别设置有流量控制装置。

实施例6

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述喷嘴14以环形阵列的方式均匀排列在上、下压盘上，所述环形阵列的圈数与环形导向槽圈数相等，且成一一对应关系。

实施例7

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述喷嘴轴线垂直于锯片表面。

实施例8

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述装置运行时，通入的气体为空气或雾化气体；

所述空气腔15的直径为所述进气管道11直径的2.5～3.2倍。

实施例9

一种圆锯片空气淬火装置，包括：机架、上、下压盘2、4，所述机架上对称设置有可上下往复运动的上、下压盘2、4，所述上、下压盘2、4分别设置有空气腔15，所述上、下压盘2、4内均匀分布有喷嘴14，所述喷嘴14与对应的空气腔15相连通，所述空气腔15分别与进气管道11相连。

所述空气腔15的两端同时设置有与进气管道11相连的进气口。

实施例10

一种圆锯片空气淬火方法，其特征在于，包括：

在高通量的空气环境中，将温度为650℃以上的锯片冷却至450℃，得锯片Ⅰ；

在高通量的雾化气环境中，将锯片Ⅰ冷却至400℃，得锯片Ⅱ；

在高通量的空气环境中，将锯片Ⅱ在空气中冷却至150℃以下，即得；

所述锯片的材料为碳合金钢。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。