一种针对变截面长杆类零件的分层淬火工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属零件热处理技术领域，尤其设及到一种针对变截面长杆类零件泽 火强化的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 在机械装备中，存在着许多横截面尺寸及结构形式差异较大的长杆类零件，比如： 内燃机曲轴、传动轴、汽车前轴等。运些零件在机器的运行过程中经受着剧烈的扭转、弯曲 等复合载荷的作用，易产生变形和断裂，从而直接影响安全服役性能和使用寿命。为了提高 该类零件的综合机械性能，一般通过热处理工艺来改变和优化零件的微观组织，W获得良 好的强度、刚度和抗疲劳失效能力。
[0003] 现阶段内燃机曲轴、传动轴、汽车前轴等变截面长杆类零件普遍采用的热处理工 艺为整体式调质处理，即泽火加高溫回火。但由于变截面长杆类零件几何结构复杂，沿长度 方向壁厚尺寸差异较大，使得零件在传统的整体式泽火工艺过程中，各部位因散热条件不 一致，内部（特别是屯、部）存在较大的冷却速度差异，而导致马氏体含量出现较大的波动， 甚至产生部分区域泽不透或者马氏体含量超高的现象，而无法通过后续的高溫回火获得均 匀一致的机械性能。
[0004] 因此，为了提高变截面长杆类零件的综合机械性能，在满足生产效率的前提下，必 须寻找适合于长杆、变截面类零件的新型热处理工艺方法。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：针对现阶段变截面长杆类零件在整体式泽火强 化工艺后力学性能不均匀的问题，提供一种分层泽火工艺方法，使该类零件各个部位内部 (特别是屯、部）在泽火冷却过程中获得尽可能一致的冷却速度，有效解决因为各部位尺寸、 结构差异较大而导致的微观组织结构不均匀问题，提高变截面长杆类零件在泽火强化后的 机械性能。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 一种针对变截面长杆类零件的分层泽火工艺方法，其特征在于，变截面长杆类零 件竖直悬挂在泽火池中，根据变截面长杆类零件沿长度方向壁厚尺寸差异较大的特殊结 构将泽火池划分冷却液供液层，在同一供液层内的零件部分有着相对一致的截面形状和大 小，并给每一供液层设计相应的供液管道系统，通过控制各个供液层管道系统提供的冷却 液喷液量，使得各个供液层能够获得不同的对流换热速度，实现对不同截面形状和大小的 长杆类零件部分进行分层泽火，保证各个供液层内的零件部分在泽火冷却后有着尽可能一 致的屯、部微观组织结构。
[0008] 在上述方案中，变截面长杆类零件在泽火池中冷却液供液层的划分应该满足：根 据该类零件沿长度方向的截面形状和大小，将该类零件分成一定的层数对其进行泽火，使 得同一供液层内的零件部分有着相对一致的截面形状和大小，在泽火冷却过程中屯、部易于 获得较为一致的冷却速度，从而易于获得较为一致的屯、部微观组织结构。
[0009] 在上述方案中，每一供液层都设计有相应的供液管道系统，管道系统由进液管、环 形水管、输水管和喷液管组成。泽火液在输水累的作用下从进液管流入，依次经过环形水管 和输水管，由喷液管喷向待处理的长杆类零件。每一供液层的管道系统有1根环形水管，环 形水管环绕待处理零件，每一环形水管与2根进液管相通，其连接接口相对环形水管呈中 屯、对称关系；环形水管与16根输水管相通，16根输水管平均分配在环形水管的每一边上， 输水管的长度略小于每一供液层的高度；环形水管和输水管上布置有喷液管，每一供液层 根据其厚度布置数层喷液管，喷液管在平面上与所在环形水管的边呈75° ;每一供液层的 管道系统叠在一起，之间通过钢板相隔，互不相通，相互独立；泽火池中设有2根回流管，回 流管伸入泽火池中，其管口处于泽火池内的中间高度上，2根回流管各布置在泽火池的两个 相间角落里。
[0010] 在上述方案中，每一供液层的管道系统对相应供液层内的零件部分进行泽火液的 喷射。截面积较小的零件部分，在泽火冷却过程中冷却较快，可W少喷泽火液；截面积较大 的零件部分，在泽火冷却过程中冷却较慢，可W多喷泽火液。每一供液层的喷液量可根据需 要通过分别独立的输水累来调控，计算各个供液层泽火液的对流速度并不断调试各个供液 层泽火液的喷液量，直到各个供液层的零件部分在泽火冷却过程中有着尽可能一致的冷却 速度。各个供液层泽火液对流速度的计算公式为： W11] 假设各个供液层零件的截面积分别为Si、S2、S3、S4、…、Sk,各个横截面的周长分别 为Ll、L2、L3、L4、…、Lk，各个供液层的高度分别为Hl、H2、?、H4、…、Hk;经过计算，得出各个 供液层泽火液的对流速度之比为：
[0012]
阳01引其中：k为供液层的层数；A为水的热导率，单位为W/(m?K) ;Pr为水的普朗特 数；C为修正系数，n为指数，可通过雷诺数Re查得；U为泽火液的对流速度，单位为m/s;d 为将相应供液层内零件部分的直径（将零件视作为圆柱状），单位为m;
[0014] 本发明提供的方法包括W下几个基本步骤：
[0015] 首先，准备好泽火池和冷却塔，并将管道系统安置在泽火池中。泽火池和冷却塔之 间通过管道系统的进液管和回流管构成一个泽火液的循环回路；输水累与进液管相连，为 冷却塔中的泽火液通过管道系统喷向高溫零件提供动力；抽水累与回流管相连，为泽火池 中与高溫零件进行过热交换的泽火液通过回流管回流至冷却塔提供动力。
[0016] 其次，接通输水累的电源，将泽火池处于充满状态，使管道系统浸泡其中，然后接 通抽水累的电源，使泽火池中的泽火液处于动态平衡状态。
[0017] 最后，一挂高溫零件在升降机的作用下吊入泽火池管道系统内侧设计好的位置 中，进行泽火冷却。一定时间后，该挂零件在升降机的作用下离开泽火池，该挂零件的泽火 冷却过程结束。
[0018] 重复W上操作，直到待泽火强化的零件全部强化完毕。
[0019] 在上述步骤中，可根据各个供液层零件泽火冷却所需喷液量的多少，为各个供液 层的管道系统选择合适的输水累；为保证泽火池中的泽火液处在一个动态平衡中，也需为 回流管选择两个合适的抽水累。
[0020] 在上述步骤中，变截面长杆类零件在升降机的作用下吊至环形水管内侧设计好的 位置，6个变截面长杆类零件之间两两呈对称关系。
[0021] 在上述步骤中，泽火液在喷液管的作用下，与所在环形管道的边呈75°喷出，促使 泽火池中的泽火液形成环形流动，利于泽火池中不同区域的泽火液与高溫零件的热交换。
[0022] 在上述步骤中，来自冷却塔的低溫泽火液在输水累的作用下，经过管道系统，最后 由喷液管喷出和高溫零件进行热交换，和高溫零件进行热交换后的泽火液在抽水累的作用 下经过回流管回流至冷却塔，冷却完毕后继续参与循环。
[0023] 本发明有效解决了变截面长杆类零件因为各部位尺寸、结构差异较大而导致的微 观组织结构不均匀问题，提高了变截面长杆类零件在泽火强化后的机械性能。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的一个实施例的结构示意图；
[00巧]图2为分层泽火管道系统结构S视图； 阳0%] 图3为某型号前轴结构示意图；
[0027] 图4为某型号前轴供液层的划分示意图；
[0028] 图5为泽火池的示意图；
[0029] 图6为某型号前轴在吊具位置的示意图；
[0030] 图中：1、输水累，2、进液管，3、蝶阀，4、回流管，5、环形水管，6、汽车前轴，7、喷液 管，8、泽火池，9、冷却塔，10、抽水累，11、输水管，12、钢板。
【具体实施方式】
[0031] 为了更好地理解本发明，下面选择汽车前轴，结合具体实施例和附图进一步阐明 本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0032] 如图1至图6所示的一种针对变截面长杆类零件的分层泽火工艺方法，其特征在 于，汽车前轴6竖直悬挂在泽火池8中，根据汽车前轴6沿长度方向壁厚尺寸差异较大的特 殊结构给泽火池8划分冷却液供液层，在同一供液层内的汽车前轴6部分有着相对一致的 截面形状和大小，并给每一供液层设计相应的供液管道系统，通过控制各个供液层管道系 统提供的冷却液喷液量，使得各个供液层能够获得不同的对流换热速度，实现对不同截面 形状和大小的汽车前轴6部分进行分层泽火，保证各个供液层内的高溫汽车前轴6部分在 泽火冷却过程中有着尽可能一致的屯、部微观组织结构。
[0033] 在本实施例中，所选汽车前轴6属于变截面长杆类零件，其中间部分为工字型截 面，截面积较小；两端为方形截面，截面积较大；前轴工字型截面到两端方形截面之间有一 段过渡截面，其截面积大小介于两者之间。根据汽车前轴6的截面形状和大小，将汽车前轴 6分五层进行泽火强化处理，第一和第五供液层对汽车前轴6两端的方形截面部分进行泽 火，第二和第四供液层对汽车前轴6的过度截面部分进行泽火，第=供液层对汽车前轴6中 间的工字型截面部分进行泽火。
[0034]在本实施例中，供液层划分好之后，开始各个供液层管道系统的设计及制造。汽车 前轴6两端相互对称，因此第一和第五供液层、第二和第四供液层的管道系统相互对称，第 =供液层的管道系统为轴对称结构。每一供液层的管道系统相互独立，都由进液管2、环形 水管5、输水管11和喷液管7组成。泽火液在输水累11的作用下从进液管2流入，依次经 过环形水管5和输水管11，由喷液管7喷出喷向待处理的汽车前轴6。每一供液层的管道 系统有1根环形水管5,环形水管5环绕待处理汽车前轴6,每一环形水管5与2根进液管2 相通，其连接接口相对环形水管5呈中屯、对称关系；环形水管5与16根输水管11相通，16 根输水管11平均分配在环形水管5的每一边上，输水管11的长度略小于每一供液层的厚 度；环形水管5和输水管11上布置有喷液管7,每一供液