一种多功能淬火检测装置的制作方法

本发明涉及一种用于淬火的参数检测装置，具体涉及一种多功能淬火检测装置。

背景技术：

大型飞机、火箭等架构中广泛应用中厚板铝合金。一般用诸如浸入式淬火等热处理工艺来提高金属力学性能，，用喷淋淬火来提高中厚铝合金板材的力学性能。喷淋淬火工艺包括向固溶处理后的高温板材上下表面喷冷却液体，来提高中厚板的硬度和抗拉强度。浸入式淬火以及喷淋淬火的板材冷却表面与芯部冷却速率存在差异，不可避免导致残余应力。对于大型飞机及航空航天等重要设备，残余应力的存在会导致中厚板铝合金加工变形超标，以及残余应力集中引起安全隐患等问题。

随着有限元技术的发展，浸入式淬火和中厚板铝合金喷淋淬火的模拟成为可能，可以预测后续的加工变形及残余应力分布，并且有助于提出消除或均化残余应力的方法。液体与铝合金板材上下表面间的热交换系数，是制约浸入式淬火和中厚板铝合金喷淋淬火有限元模拟准确性的关键参数；而金属淬透性是评价淬火工艺有效性的重要指标。因此，需要提供一种便于测试喷淋淬火上下表面及浸入式淬火表面热交换系数和淬透性的技术方案。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本申请人设计了一种多功能淬火检测装置，该装置能够分别模拟并测试液体由上向下喷淋板材表面、液体由下向上喷淋板材表面、以及表面浸入液体三种情况下的热交换系数和淬透性。

本发明的发明目的是通过下述技术方案进行实现的：

本发明提供了一种多功能淬火检测装置，所述装置包括支架、从上至下设于所述支架上部的筒状隔热支撑件件和冷却箱、贯穿所述冷却箱且与所述隔热支撑件同轴心设置的喷淋管；所述隔热支撑件内设有加热装置和测温热电偶。

优选的，所述隔热支撑件包括上端底、下端底、上端底和下端底之间的筒状叠层侧壁；所述下端底设有与所述侧壁的内径相等且同心的孔。

优选的，所述支架包括数目大于1的立柱和设于所述立柱顶端的顶板；所述隔热支撑件的上端底与所述顶板贴合且固定连接。

优选的，所述隔热支撑件的侧壁外设有筒状保温棉。

优选的，所述加热装置为设在所述叠层侧壁的叠层之间的电阻加热圈；所述电阻加热圈通过径向贯穿所述侧壁和所述保温棉的导线与电源连接。

优选的，所述侧壁内设有柱状试样且所述试样高度大于所述侧壁的高度；所述试样的下端贯穿所述冷却箱的上表面。

优选的，所述测温热电偶沿径向插入所述试样并通过径向贯穿所述侧壁和所述保温棉的导线与采集装置连接。

优选的，所述冷却箱上表面设有供所述试样贯穿的通孔；所述试样处于所述隔热支撑件外的一端套设有隔热环；所述隔热环下端与所述试样的下端平齐。

优选的，所述隔热环与所述试样之间采用高温胶密封；所述隔热环与所述通孔通过螺纹连接。

优选的，所述隔热环外端侧设有端盖；所述端盖的内径小于所述隔热环的外径。

优选的，所述喷淋管下端贯穿所述冷却箱下表面且依次与水压表和流量表连接；所述喷淋管通过管接头与冷却箱盖下表面连接，喷淋管与管接头采用螺纹连接。

优选的，所述冷却箱的上下表面分别设有与水管连接的流水口；所述冷却箱的侧面设有开口。

优选的，所述冷却箱采用有机玻璃制成，所述冷却箱侧面设有刻度尺。

优选的，所述隔热支撑件和所述隔热环分别采用陶瓷制成。

与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的技术方案，将试样设于隔热支撑件内，加热之后冷却，同时通过测温热电偶测量冷却过程中试样不同位置的温度变化，进而得到热交换系数；冷却结束后还可以通过逐层剥离冷却表面并进行硬度测试，获得试样的淬透性；本发明能够分别模拟并检测液体由上向下喷淋板材表面、液体由下向上喷淋板材表面、以及表面浸入液体三种情况下试样的热交换系数和淬透性；并且设计巧妙、结构简单，应用方便。

2、本发明提供的技术方案，隔热支撑件的双层设计、保温棉、隔热环和端盖的设计，减少电阻加热圈加热过程中试样的散热，实现了对试样的360°保温设计，能够确保淬火处理前试样温度的均匀性，进而保证了测试数据的准确性有效性。

3、本发明提供的技术方案，刻度尺可以用于配合调节喷淋头与试样端部之间的距离，增加了实验的灵活性和准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为多功能淬火实验台示意图；

图2为多功能淬火实验台内部结构示意图；

图3为多功能淬火实验台b-b截面示意图；

图4为多功能淬火实验台c-c截面示意图；

图5为多功能淬火实验台试样示意图；

图6为下表面喷淋淬火热交换系数测试示意图；

图7为上表面喷淋淬火热交换系数测试示意图；

图8为浸入式淬火热交换系数测试示意图。

图中，1-支架、2-电阻加热圈、3-隔热支撑件、4-紧固螺钉、5-试样、6-测温热电偶、7-保温棉、8-立柱、9-隔热环、10-端盖、11-冷却箱、12-喷淋管、13-顶板、14-冷却箱下表面、15-管接头、16-水压表、17-流量表、18-水管a、19-刻度尺、20-水管b、21-开口、22-上端底、23-下端底、24-内层侧壁、25-外层侧壁、26-盲孔。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图5所示，本发明提供了一种多功能淬火检测装置，所述装置包括支架1、从上至下设于所述支架上部的筒状隔热支撑件3和冷却箱11、贯穿所述冷却箱11且与所述隔热支撑件3同轴心设置的喷淋管12；所述隔热支撑件3内设有加热装置和测温热电偶6。

所述隔热支撑件3包括上端底22、下端底23、上端底22和下端底23之间的筒状内层侧壁24和筒状外层侧壁25；所述下端底23设有与所述内层侧壁24的内径相等且同心的孔。

所述支架1包括数目大于1的立柱8和设于所述立柱8顶端的顶板13；所述隔热支撑件的上端底22与所述顶板13贴合且通过紧固螺钉4固定连接。

所述隔热支撑件的下端底23与所述冷却箱11的上表面通过紧固螺钉4固定连接。

所述外层侧壁外设有筒状保温棉7。

所述加热装置为设在所述内层侧壁和所述外层侧壁之间的电阻加热圈2；所述电阻加热圈2通过依次径向贯穿所述外层侧壁和所述保温棉7的导线与电源连接。

所述内层侧壁内设有柱状试样5且所述试样高度大于所述侧壁的高度；所述试样5的下端贯穿所述冷却箱11的上表面。

所述测温热电偶6沿径向插入所述试样5并通过依次径向贯穿所述内层侧壁、所述外层侧壁和所述保温棉7的导线与采集装置连接。

所述冷却箱上表面设有供所述试样贯穿的通孔；所述试样5与所述通孔之间设有隔热环9；所述隔热环9下端与所述试样5的下端平齐。

所述隔热环9与所述试样5之间采用高温胶密封；所述隔热环9与所述通孔通过螺纹连接。

所述隔热环9外侧设有端盖10；所述端盖10的内径小于所述隔热环9的外径；二者之间的差值为0.1～1mm,如此设计能够使端盖安装时，实现过盈配合，提高安装的稳定效果。

所述喷淋管12下端贯穿所述冷却箱下表面14且依次与水压表16和流量表17连接。

所述喷淋管12通过管接头15与冷却箱盖下表面14连接，喷淋管12与管接头15采用螺纹连接，通过旋转管接头15，调节喷淋管12端部到所述试样5的端部的距离。

所述冷却箱11的上下表面分别设有流水口；所述上表面的流水口与水管a20连接，所述下表面的流水口与水管b18连接；

所述冷却箱的侧面设有开口21，方便使用人员将手伸进去对端盖10进行安装和取下。

所述冷却箱采用有机玻璃制成，所述冷却箱侧面设有刻度尺19。

所述隔热支撑件3和所述隔热环9分别采用陶瓷制成。

下面详细介绍液体由上向下喷淋板材表面、液体由下向上喷淋板材表面、以及表面浸入液体三种情况下的热交换系数和淬透性的测试过程：

(1)下表面喷淋淬火热交换系数测试，如图6所示。将测温热电偶6分别放置于柱状试样5侧面的盲孔26中，确认接触良好后用高温胶将盲孔26密封。将连接好的柱状试样5放置于陶瓷隔热支撑件3内，并且分别用紧固螺钉4将其上端底与所述顶板固定、将下端底与所述冷却箱11的上表面固定，柱状试样5与陶瓷隔热环9之间的缝隙采用高温胶密封。通过管接头15调节喷淋管12端部到试样端面的距离，采用刻度尺19读取数值。距离调整结束后，将保温棉端盖10扣合到陶瓷隔热环9外侧。通电电阻加热圈2对试样加热，待到测温热电偶温度达到预设的固溶处理温度后，断电停止加热并从冷却箱体11一侧的圆孔中迅速取下保温棉端盖10。采用水压表16测量喷淋管12水压，采用流量表17测量喷淋管12水流量，水管a18作为出水口，水管b20作为进气口。采集不同位置的热电偶随时间的变化及差异，通过一维热传导公式，求解获得下表面喷淋淬火热交换系数。

(2).上表面喷淋淬火热交换系数测试，如图7所示。将本发明旋转180°放置。实施方式与下表面喷淋淬火热交换系数测试相似，将测温热电偶6固定于铝合金柱状试样5侧面的盲孔26并放置于陶瓷隔热支撑件3内，调节喷淋管12端部到试样端部的距离，扣合保温棉端盖10并加热至实验设定温度后，断电并从冷却箱体11一侧的圆孔中取下保温棉端盖10，采用水压表16测量喷淋管12水压，采用流量表17测量喷淋管12水流量，此时水管a18作为进气口，水管b20作为出水口。采集不同位置的热电偶随时间的变化及差异，通过一维热传导公式，求解获得上表面喷淋淬火热交换系数。

(3).浸入式淬火热交换系数测试，如图8所示。实施方式与上表面喷淋淬火热交换系数测试相似，将测温热电偶6固定于铝合金柱状试样5侧面的盲孔26并放置于陶瓷隔热支撑件3内，扣合保温棉端盖10并加热至实验设定温度后断电，水管a18作为进水口向冷却箱体11注水，水管b20作为出水口，冷却箱体11内的水面超过试样冷却端面后，从冷却箱体11一侧的圆孔中取下保温棉端盖10开始浸入式淬火实验。采集不同位置的热电偶随时间的变化及差异，通过一维热传导公式，求解获得浸入式淬火热交换系数。

(4).淬透性评估。淬火处理后的试样，逐层剥离冷却表面并采用硬度计进行硬度测试，根据硬度变化，获得喷淋淬火或浸入式淬火的淬透性。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。