清洁的等温淬火或分级淬火的方法 【技术领域】
本发明涉及的是一种淬火方法，尤其涉及的是一种清洁的等温淬火或分级淬火的方法，属于热处理工艺技术领域。
背景技术
不论是等温淬火还是分级淬火都需要有浴槽，浴槽可以是热油浴槽，也可以是硝盐浴槽，但不管是哪种浴槽均存在环境污染问题，而且硝盐超温时还有爆炸危险，高温油浴也易引起火灾。经文献检索发现，费明节在《金属热处理》2001，No.10，P30-32上撰文“贝氏体等温淬火生产线在轴承套圈上的应用”，该文介绍了采用奥地利爱协林和北京爱协林联合制造的整套生产线，用于轴承套圈贝氏体等温淬火，该技术采用贝氏体等温淬火工艺处理地轴承套圈，其强度、断裂韧性、接触疲劳寿命及热处理畸变等均优于淬、回火的轴承套圈，质量稳定。但也存在不足，即需要配置淬火盐槽和等温硝盐槽，盐槽中熔化的硝盐的蒸气及带出的硝盐残盐均会造成环境污染，而且其等温盐槽共有31个料盘，体积庞大，其中升降机、回转转移机和搅拌器均需在熔盐中工作，造价昂贵，维修难度大，在盐浴中等温淬火后必须进行后清洗，增加了生产成本。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种清洁的等温淬火或分级淬火的方法，使其不用硝盐浴(槽)或热油浴(槽)的等温淬火或分级淬火同样能有效地减少工件淬火后的变形和开裂的倾向，无环境污染，也无火灾的危险。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法如下：
(1)先将工件加热到奥氏体状态，按照淬火冷却技术通常遵循的原则，根据工件大小及钢的淬透性，选择合适的淬火冷却介质，例如水或水溶液、淬火油、喷水、喷雾、高压气体等，工件表面的温度冷却到等温淬火或分级淬火温度时，随即转入等温阶段或分级停留阶段；
(2)在等温阶段或分级停留阶段用调节喷雾—气冷方法控制工件表面温度，为了使工件表面温度保持在该钢种等温淬火或分级淬火温度范围内，不断调节表面散热量，使其随时间延长而逐渐降低，调节到每时刻从工件表面被带走的热量与从工件内部传到工件表面的热量相等，就可以将表面温度控制在等温淬火或分级淬火工艺规定的温度范围内，以替代硝盐浴(槽)或热油浴(槽)，实现等温淬火或分级淬火。
以下对本发明的方法进一步具体描述：
喷雾—喷气—空冷是一种冷却能力在大范围内连续可调的方法，通过水和空气比例调节喷雾的冷却能力，若水∶汽＝1则冷却能力等于喷水的强烈冷却，当水气比例的改变冷却能力随之而改变，水的比例愈小，气体比例愈大，冷却能力愈小，当水＝0，空气＝100％时即成为喷气冷却，并且气体压力愈小，气体流量愈小，冷却能力愈小，当气体流量为零时即为空冷。因此例如喷雾的表面热流密度在2.5w·m-2(水∶气＝1)至0.1w·m-2(水∶气＝0)范围内连续调节，喷气的表面热流密度在0.1w·m-2-0.01w·m-2范围内连续调节。当气体压力降低至常压时，就成为空气中冷却，此时冷却能力随着气体流量减小而减小。气体流速为零时，即为静止空气中冷却(表面热流密度约为0.005w·m-2)。
因此，只要能安装一个喷雾—喷气—空冷装置，就可以连续调节冷却能力，也就是说调节从工件表面带走的热量，使工件表面温度保持不变。由于水量、水压及风量、风压可以通过调节管路上的阀门的阀位进行调节控制，为此需要有能用闭环控制的方式控制工件表面温度的测温仪和控制系统，即在等温停留或分级停留阶段，用测温仪实时测定工件的表面温度，反馈调节通气管道上及通水管道上的电动调节阀或气动调节阀的阀位；或用开环控制的方法，通过工艺试验所得的经验数据，预先设定保持同一表面温度所遵循的气阀和水阀阀位随时间变化的程序进行程序控制。对有效厚度大于20mm的工件，如果热容量足以在等温停留时间之内使表面温度保持在允许温度范围之内，则无须放入空气炉中；对有效厚度小于20mm工件，当表面冷却到等温或分级温度时，内外温差已很小，则可立即转入空气炉中等温停留。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的优点在于不需要等温(或分级)浴槽来冷却，而是根据工件大小及钢材的淬透性，选择合适的冷却介质，使工件表面冷却到该钢种的等温淬火温度(该钢种的Ms-Ms+150℃)或分级淬火的温度时(170-220℃)，立即转入等温阶段(视钢种及尺寸，一般为2-20小时)或分级停留阶段(视钢种及工件尺寸，有效厚度0.2-0.5分/mm)。在此阶段，用调节喷雾—气冷方法控制工件表面温度使工件表面温度保持在工艺规定的温度范围内，以替代硝盐浴(槽)或热油浴(槽)实现等温淬火或分级淬火。这个发明不仅能保持现有的等温淬火或分级淬火的优点，而且克服硝盐浴的环境污染和爆炸的隐患，消灭等温油浴的环境污染和火灾的危险。
【具体实施方式】
实施例1：对于有效厚度＜20mm的滚珠轴承零件(内外套圈)。
奥氏体化后，淬入配备有连续移动及提升工件出液(水)的网带的淬火槽中，使工件表面冷却到170～240℃出液。在淬火槽中停留时间可以通过预先试验确定，并通过调节网带的传动速度，控制工件在淬火槽中停留的时间，从而控制出液温度。工件出液后立即送入温度为170～240℃的空气介质加热中等温停留(等温温度和停留时间根据工件要求及钢件来决定，原则上与普通的等温淬火相同。例如壁厚为20mm的GCr15轴承钢的等温温度为220～240℃，等温时间为3-4小时)等温结束后出炉空冷。硬度62-63HRC，畸变程度≤0.1mm。
实施例2：40Cr尺寸18.5×30×50mm
奥氏体化温度860℃，待炉温到温后保温15’，盐水冷却到170℃，约5秒后转分级停留阶段，在此阶段用喷雾冷却方法使工件表面温度保持在170℃，此分级停留阶段时间约为9分钟，然后空冷至室温。硬度48-52HRC，畸变≤0.05mm。
实施例3：3Cr2NiMnMo合金钢，尺寸为1700×000×460模块
860℃奥氏体化后出炉适当进行预冷后淬入水或水溶性介质中冷却，与普通淬火相仿，但又不同于普通淬火之处在于普通淬火是将工件冷却到室温，而本发明是将工件冷却到150-180℃时即将工件提出水槽(或水溶性介质槽)，并进行喷雾或喷气或风冷，通过调节水压、水量或风压、风量，使工件表面温度保持不变，来实现等温淬火或分级淬火。在喷雾—喷气—风冷装置的供气管道和供水管道上装有电动调节阀测量工件表面温度的测温仪的采样值输入阀位调节对电动阀的阀位进行调节。当表面温度偏高时增大阀位的开度，反之减小开度。使表面温度控制在等温淬火规定的温度范围之内，等温停留2小时，然后650℃回火8小时。整个截面硬度均匀，为34-36HRC，从表面至心部硬度差为2HRC。
实施例4：40Cr2NiMo钢，尺寸为600×1200×2000mm
奥氏体化温度为830℃，待炉温到温后保持8小时，出炉喷雾冷却，阀门开至最大，使工件以较快速度冷下来，用测温仪监测表面温度，若表面温度为360-400℃范围内，此时可转入等温停留阶段，不断调节喷雾水量，减小阀门开度，使水量不断减小，当水流量为0时，调节空气的流量，使工件表面保持在360-400℃范围内，时间约12小时，通过实测的表面温度调节阀门开度来调节水流量或空气流量来保证工件表面温度保持在360-400℃范围12小时后取出空冷至室温。硬度为43-45HRC，中截面的表面至心部的硬度差能控制在2HRC范围内。