连续式分级或等温淬火冷却设备 【技术领域】
本发明涉及的是一种分级或等温淬火冷却设备，特别是一种连续式分级或等温淬火冷却设备，属于金属材料热处理领域。
背景技术
淬火是指将钢件加热到A
C3或A
C1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。为了获得预定的组织和性能，许多常规的、特殊的以及组合的冷却方法和设备被采用。目前采用的分级/等温淬火方法主要有马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火大多采用硝盐作为淬火介质(马氏体分级淬火也可采用分级淬火油作为淬火介质)，硝盐淬火的优点是减小相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能。其缺点是生产成本高、设备操作危险性大、蒸发的硝盐对大气污染严重、介质冷却能力的不足限制了零件尺寸范围、介质冷却能力因加入的水量的不同而波动较大，因此该工艺推广受到制约。经文献检索发现，为了达到减小马氏体相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能，S.W.Han在《金属热处理》1995年(11)，P19～23，撰文《控时浸淬系统(ITQS)原理及在周期式和连续式生产中的应用》，该文提出了控时浸淬系统ITQS(immersion time quenching system)，该系统的核心是通过控制搅拌的方向和程度来实现的淬火开始阶段增大淬火烈度以获得高硬度，当工件温度接近Ms点时，降低淬火烈度以减小工件的畸变和开裂倾向。ITQS系统主要由热工件落入筒、浸液淬火槽、快冷传输带、喷嘴和慢冷提升传输带构成，热工件落入筒插入浸液淬火槽的溶液中，热工件落入筒上口对准加热炉的下料口，下口对准快冷传输带的上平面水平运动的初始端位置，快冷传输带设在浸液淬火槽中，快冷传输带的上平面水平运动的末端设在慢冷提升传输带的传输带上平面水平运动段的初始端的上方，喷嘴设置在快冷传输带的四周，慢冷提升传输带设在槽体中，并且由水平段和提升段构成，水平段设在快冷传输带的下方，提升段部分浸在淬火液中，部分露出淬火液面。ITQS系统的工作过程是将淬火件加热到A
C3或A
C1点以上某一温度，保持一定时间，然后通过热工件落入筒落入淬火介质中的快冷传输带上，并在喷嘴的强烈喷射下以预定的速度移动；当淬火件的某一特定部位的温度达到马氏体组织转变的开始点温度(Ms点温度)时淬火件落入慢冷提升传输带的水平运动段上，并以较慢的速度将淬火件提升出液面进行空冷。结果表明，该系统对于减小工件的畸变有明显效果。ITQS系统淬火成功的关键是精确地确定初始冷却阶段(ARI)的冷却时间，其方法是通过计算或试验测量得出一定淬硬层所要求的H因子(相当于淬火烈度)，然后再查相应的表，确定ARI所要求的时间。ITQS系统与传统的实时淬火(Time quenching)设备的差别在于前者改变搅拌速度的时间和次序是由理论计算，并经实验验证，然后用计算机控制使其在生产实际中重现；而后者所采用的是反复试验方法，其成功与否是由操作者决定，而且常常难以重现。控时浸淬系统(ITQS)虽然在减小工件畸变方面有一定的效果，但是，在工件温度接近Ms点时仅仅是通过降低介质搅拌速率来减小介质冷却强度，而无法象马氏体分级淬火那样在接近Ms点温度下等温保持，实现最大限度的降低相变产生的组织应力，减小畸变和开裂的倾向，获得预期的组织和性能目的。
【发明内容】
本发明针对控时浸淬系统(ITQS)在淬火件温度接近Ms点时仅仅是通过降低介质搅拌速率来减小介质冷却强度，而无法象马氏体分级淬火那样在接近Ms点温度下等温保持的情况，提出一种连续式分级或等温淬火冷却设备，使其冷却强度可调，并具有生产成本低、无污染、生产过程安全和淬火件尺寸不受限制的特点，适合于品种单一的批量件生产。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括：浸液淬火槽、热工件落入筒、红外测温仪、喷冷传输带、喷嘴、等温炉传输带以及等温炉，其连接方式为：热工件落入筒插入浸液淬火槽的溶液中，热工件落入筒上口对准加热炉的下料口，下口对准浸液淬火槽的快冷传输带的上平面水平运动的初始端位置，喷嘴设置在喷冷传输带的四周，喷冷传输带的上平面水平运动的初始端设在浸液淬火槽中快速提升传输带的上运动平面的末端的下方，喷冷传输带的上平面水平运动的末端设在等温炉传输带的上平面水平运动的初始端的上方，等温炉传输带的大部分设置在等温炉的加热室内，仅两端伸出加热室，红外测温仪分别设在浸液淬火槽的快速提升传输带的上运动平面的末端的上方和喷冷传输带的上平面水平运动区间的上方。
具有淬火件浸入与传输功能的浸液淬火槽与喷冷传输带、喷嘴组合，通过计算机控制工件在浸液淬火槽与喷淬系统中的冷却强度与传输带运动速度，实现工件表面层在浸液淬火槽中快速冷却到预定温度，随后在喷冷传输带和喷嘴中维持表面温度波动不大的前提下带走工件心部的热量，实现分级淬火或等温淬火的连续作业。
浸液淬火槽包括：槽体、快冷传输带、喷嘴和快速提升传输带，其连接方式为：快冷传输带设在槽体中，快冷传输带的上平面水平运动的末端设在快速提升传输带的传输带上平面的初始端的上方，喷嘴设置在快冷传输带的四周，快速提升传输带设在槽体中，并且部分浸在淬火液中，部分露出淬火液面，快速提升传输带可以快速的将淬火件转移到喷冷传输带上，避免淬火件在转移过程中淬火件的内部热量传到表面而使表面的温度升高超过限度。
设在喷冷传输带四周的喷嘴的喷射介质为液体、气体或气液混合体，具体喷射介质和喷射强度可根据需求进行调整。
将淬火件加热到A
C3或A
C1点以上某一温度，保持一定时间，然后通过热工件落入筒落入淬火介质中的快冷传输带上，并在喷嘴的强烈喷射下以预定的速度移动；随后淬火件落入快速提升传输带上，并以较快的速度将淬火件提升出液面，随后淬火件落到喷冷传输带上进行喷冷，喷冷的强度应控制在可以保持工件表面温度波动不大为宜，直到淬火件的内外温度趋于一致后工件落入等温炉传输带进入等温炉保温或直接空冷。在快速提升传输带和喷冷传输带的上方分别安装有一个或几个红外测温仪测量淬火件的表面温度，并将结果反馈给计算机，作为调节快冷传输带和喷冷传输带的运动速度以及喷嘴和喷嘴的喷射强度的依据。其中快速提升传输带上方的测温仪测量的数据作为反馈调节快冷传输带的运动速度和喷嘴的喷射压力的依据。在喷冷传输带上方的测温仪用于反馈控制喷冷传输带的运动速度以及喷嘴的喷射压力和喷射介质类型的依据。本发明的具体结构根据产品对象可进行多种组合。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明是在对各种淬火冷却设备分析和尝试的基础上，将传统的浸液淬火方式与喷液淬火方式相结合组成冷却强度可控的连续式分级或等温淬火冷却设备，同时采取设置红外测温仪的方法采集淬火件的表层温度，并反馈控制冷却过程，通过与传统马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火的对比分析，本发明具有以下特点和效果：采用对液面以上的淬火件进行温度监测，使得计算机可以及时得到反馈信息，对整个工艺过程进行调整；降低了淬火成本，同时也解决了硝盐和油对大气的污染和生产安全问题；冷却强度可根据需求调整，因此不存在限制淬火件尺寸的问题；解决了传统马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火采用的硝盐介质冷却能力因加入的水量的不同而波动较大影响产品质量的问题；本发明因采用水基淬火介质使设备的造价大幅降低。
【附图说明】
图1本发明结构示意图
【具体实施方式】
如图1所示，本发明主要包括：浸液淬火槽1、热工件落入筒2、红外测温仪3、喷冷传输带4、喷嘴5、等温炉传输带6以及等温炉7，其连接方式为：热工件落入筒2插入浸液淬火槽1溶液中，热工件落入筒2上口对准加热炉的下料口，下口对准浸液淬火槽1的快冷传输带9的上平面水平运动的初始端位置，喷嘴5设置在喷冷传输带4的四周，喷冷传输带4的上平面水平运动的初始端设在浸液淬火槽1中快速提升传输带11的上运动平面的末端的下方，喷冷传输带4的上平面水平运动的末端设在等温炉传输带6的上平面水平运动的初始端的上方，等温炉传输带6的大部分设置在等温炉7的加热室内，仅两端伸出加热室，红外测温仪3分别设在浸液淬火槽1的快速提升传输带11的上运动平面的末端的上方和喷冷传输带4的上平面水平运动区间的上方。
浸液淬火槽1包括：槽体8和快冷传输带9、喷嘴10和快速提升传输带11，其连接方式为：快冷传输带9设在槽体8中，快冷传输带9的上平面水平运动的末端设在快速提升传输带11的传输带上平面的初始端的上方，喷嘴10设置在快冷传输带9的四周，快速提升传输带11设在槽体8中，并且部分浸在淬火液中，部分露出淬火液面。
设在喷冷传输带4四周的喷嘴5的喷射介质为液体、气体或气液混合体。