专利名称：回火方法
技术领域：
本发明涉及一种制品的回火方法，该方法中，当制品处于回火状态时，中间平面的拉伸应力与外表层压缩应力保持平衡。具体地，本发明涉及这样的方法，即首先加热制品至基本无应力的状态，淬火制品，以开始形成一种回火状态的应力模式，然后冷却以进一步发展和锁定于这种应力模式。更具体地本发明涉及这样的回火方法，即通过在表层喷雾冷却剂，后者最好通过膨胀液态空气或液态氮形成一个两相的液体-蒸汽混合物，来淬火制品。
通过沿制品的厚度建立起一种应力模式，其中制品的表层处于压缩态，位于表层之间的中间平面层处于与表层的压缩应力抗衡的拉伸态，来进行制品的回火。这样的材料较未回火的制品不易拉断或震裂。通过在炉子内加热制品使其达到本领域称之为软化点的基本无应力状态以开始回火过程。然后将制品淬火以开始形成所述应力模式。在淬火阶段结尾时，由于温度分布呈抛物线型，制品的中间平面层的温度分布在应力点温度之下，而表层的温度显著低于应力点温度。正是制品沿厚度的这种温度分布，结果形成了所述的应力模式。通过进一步将制品冷却至室温，会进一步发展这种应力模式。
在玻璃板制品的回火中，使玻璃板在对立的空气罩之间通过，可实现回火方法的淬火和冷却步骤。当然空气可用于由其他类型材料形成的制品的回火。但限制生产速度和进行回火的材料的必需厚度，这些限制是由淬火和冷却介质如空气提供的对流热传导系数所致。为了提高对流热传导系数，原有技术的各种专利揭示了以二氧化碳的膨胀的两相的蒸汽-固体混合物进行回火。使两相的流体对着要回火的玻璃板。在美国专利3,883,339和3,929,442中可找到这样的例子。液体也可用于进一步增加热传导系数。一般，将加热的制品固定在夹具中，和夹具一起浸入如水的浴中。美国专利3,869,876中，以间歇方法，对着由夹具固定的玻璃板喷射液态氮。尽管可用液体浸和喷射，但问题是液体会在制品上形成一层膜。这种膜有绝缘作用，会导致达不到起初使用液体的目的。
如下讨论的，本发明提供了一种回火方法，它使用液体而不会形成膜，不会超过形成制品的材料的表面拉伸应力，因此可回火比原有技术处理的更薄的板。
本发明提供了回火由包括表层和中间平面层并有一定厚度的材料形成的制品的方法。根据这种方法，加热制品使材料处于基本无应力的状态。在此和权利要求书中所用的“基本无应力”指玻璃上的任何应力可在数秒内被除去。之后将制品进行淬火，以引发中间平面层处于拉伸状态和表层处于压缩状态的应力模式。冷却制品，使进一步发展这种应力模式并使制品达到回火状态。在此和权利要求书中所用的词“进一步发展”指将温度梯度转变为在淬火期间形成的残余应力分布。通过用主要由液体和蒸汽组成的冷却剂喷射表层，来至少部分淬火制品。喷射冷却剂时，应以不超过表层的表面拉伸应力，液体不以膜积累在表层上为准。
正如以下所要讨论的，用从喷嘴膨胀形成的液滴和放出的蒸汽的两相流体的低温液体能最容易地完成前面所述的内容。本发明人发现，液滴应有这样的大小和分布，那就是要将致冷剂的流速控制成能确保所有的液体在达到制品的表层时蒸发，从而防止形成膜。
尽管以玻璃板为参考描述了本发明，本发明不受回火制品的任何具体材料和形状的限制。例如，采用本发明可以回火金属板，也可以回火机动车尾灯和侧灯，和其他玻璃制品。
本说明书将以清楚地指出申请人认为是他们的发明主题的权利要求书为结尾时，同时申请人相信，结合下面的附图将能更好地理解本发明
图1是结合本发明的淬火步骤的玻璃回火生产线的示意图；图2是在处理过的玻璃板的放大侧剖视图；图3是图1的放大的局部俯视图；图4是图1沿3-3的放大的局部图。
现参考图1和2，说明用于回火玻璃板2的装置1。装置1是根据本发明的技术，对原有技术进行改进的玻璃回火装置。在其原有技术功能中，在炉子10中加热玻璃板2，使玻璃达到本领域有时称作软化点的基本无应力的状态。之后，由通过上下空气罩12和14引导的空气淬火玻璃板2。淬火后，由上下空气罩16和18提供的冷却步骤进一步冷却玻璃板2。这一方法为连续式的，通过辊20使玻璃板2从炉子10移动并通过空气罩12和16，这些都是本技术领域所公知的。
根据本发明，空气罩12、14、16和18作为冷却步骤。通过从上下喷射集管22和24以低温两相混合物喷射玻璃板2的表面，实现淬火步骤。如本领域的技术人员所理解的，提供一系列这样的集管可用于较长的板。通过液体致冷剂如液态空气或氮或空气的其他液化组分部分经膨胀为蒸汽可形成这样的混合物。在淬火期间，应以这样的速度冷却玻璃板2，那就是不超过表层3和4中的表面拉伸应力，并在其终了时，中间平面层5的温度低于玻璃的应力点温度。另外，表层3和4的表面温度也要低于材料的应力点温度。然而，由于是从玻璃板2的两个表面开始冷却的，因而所导致的温度分布是在玻璃板内形成表层3和4处于压缩态而中间平面层处于与表层3和4的压缩应力抗衡的拉伸态的应力模式。
然后，制品通过空气罩12、14、16和18冷却，使中间平面5的中间平面温度进一步下降。在这样的冷却期间，在淬火步骤结束时引起的应力模式进一步发展，形成制品的回火状态。应理解，作为一个供选择的实施方案，即用液态致冷剂实现淬火的最初阶段，然后用空气罩12、14、16和18为结尾也可达到目的。
通过上下喷射集管22和24的喷嘴26喷射，冷却剂膨胀为液体和蒸汽。如图所示，液滴28的流动模式彼此都是一致的，以便完全横贯玻璃板2。喷射液体时，要使液体在接触中蒸发，因此不会在表层3和4上积累。这样的积累形成的膜具有阻止从玻璃板2的表层3和4迅速除去热的绝缘性能。选择每个喷嘴26及其操作条件，以提供符合最终产品特性所需的除热速度。通过选择流速、喷嘴大小和形状、和其他下面描述的几何参数的合适的组合，可使从液体到气体的膨胀达到最小。
如所理解的，对着玻璃板2以大小基本一致的液滴喷射液体使得有可能回火极薄的制品。例如，长宽各约为0.5米，厚度约为2毫米的玻璃板2在炉子中加热至基本无应力状态，此时石英玻璃处于约620℃-640℃之间的温度范围。之后，每块这样的玻璃板淬火约2.0-2.5秒或平均2.3秒，使中间平面温度低于应力点温度。对这样的淬火，要求热传导系数约为1250瓦特/米2-k。每块板消耗约0.6-约1.25公斤液氮。为了完全横贯板并膨胀致冷剂，需要使用约20-30个喷嘴，每个喷嘴的直径在约0.1-0.4厘米范围。喷嘴与玻璃之间的距离大致在2-5厘米的范围。
本发明不限于上面说明的在辊上连续处理玻璃或其他类型板的连续法。也可采用个别回火制品的间歇法。例如，可以间歇法个别淬火板2。在这种情况下，所采用的方法与连续法相同，不同之处仅为在板的每面放置平的长方形集管，这样的集管有约320个喷嘴。每块玻璃板放置在集管之间并淬火。之后，将板置于空气罩之间进一步冷却。
虽已用有关的较好实施方案描述了本发明，但对本领域的技术人员来说，在不偏离本发明的精神和范围下可进行各种修改、添加和删除。
权利要求
1.一种有一定厚度的材料形成的包括表层和中间平面层制品回火的方法，其特征在于它包括加热制品，使其处于基本无应力的状态；淬火所述的制品，引起所述的中间平面层处于拉伸态，所述的表层处于压缩态的应力模式；冷却所述的制品，使所述的应力模式进一步发展，并使所述制品达到回火状态；通过用主要由液体和蒸汽组成的冷却剂喷射所述表层，至少部分地淬火制品，喷射冷却剂时，应不超过所述表层的表面拉伸应力，且所述液体不以膜积累在所述表层上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征还在于所述冷却剂是一种致冷剂的两相流体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征还在于所述致冷剂是氮。
4.如权利要求2所述的方法，其特征还在于所述致冷剂是液态空气。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征还在于通过对着所述制品的所述表层吹空气来冷却所述制品。
6.如权利要求5所述的方法，其特征还在于用所述的冷却剂完全淬火所述制品。
全文摘要
揭示了一种将制品回火的方法,该方法中,加热制品,使构成制品的材料处于基本无应力状态,之后淬火和冷却制品。淬火结尾时,沿制品的整个厚度开始形成一种应力模式,其中中间平面层处于拉伸态,表层处于压缩态。在冷却阶段这种应力模式进一步发展。用冷却剂,最好是包括液体和蒸汽的两相流体形式的液态氮或液态空气,喷射表面来淬火制品。喷射液体时,应以不超过表层的表面拉伸应力而液体又不在表层上沉积成膜为准。
文档编号C21D1/18GK1180753SQ97118490
公开日1998年5月6日 申请日期1997年9月19日 优先权日1996年9月20日
发明者M·J·基施钠, H·科兹洛, M·K·扎姆 申请人:波克股份有限公司