一种搅拌式淬火设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种搅拌式淬火设备包括：淬火箱体和对整个设备进行检测控制的电气控制系统，其中，旋流装置、絮流装置、介质加热装置位于淬火箱体内，介质冷却系统与淬火箱体相连。工作中可通过4台浆式搅拌器使淬火介质在箱体内形成许多局部涡流叠加的流动形态向上做惯性运动与淬火零件发生碰撞，冲刷，同时，2台潜水搅拌器推动淬火介质以淬火零件为中心做旋流运动不断的冲刷淬火零件。具有材料冷却速度快，淬透性高，散热均匀，畸变量小，外形精度高的特点，淬火的过程中避免了水蒸气和气泡的产生，并能实现淬火介质温度的自动化控制，保证了淬火零件的上限温度以及下限温度，大幅度的避免了淬火零件开裂、变形和崩角等缺陷的产生。
【专利说明】一种损拌式淬火设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种淬火设备，特别涉及一种搅拌式淬火设备。
【背景技术】
[0002]淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。所以冷却是工件在热处理加工工序中最重要的一个环节。在冷却过程中淬火零件的内部显微组织会发生相变。冷却速度大小的控制对显微组织的定向改变起着至关重要的作用。合理的控制冷却速度能得到所希望的组织，达到性能的要求。随着工业技术的快速发展，市场对钢件性能的要求也在不断提高，选择适当的冷却速度对钢件性能的改善很重要。在现实生产过程中，钢件本身的性能往往无法达到预期的要求。在一定范围内，冷却速度越大，相变所发生开始和结束的温度下降越明显，组织中铁素体的含量也就越少，晶粒会明显细化，强度和韧性方面也会有所改善。要使钢中高温相一奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相一马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。
[0003]工件在冷淬火的冷却过程中，淬火零件会因冷却不均匀和冷却速度过快造成内应力，可能使工件在一定程度上变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。
[0004]冷却阶段不仅使零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。
[0005]水溶性淬火液冷却速度比油快很多，在蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段均有所提高，尤其是在沸腾阶段冷速最快，因此能够有效地避开奥氏体向珠光体及贝氏体的转变，最终得到马氏体组织及少量的残余奥氏体。但是水溶性淬火液的低温冷速比油要快很多，正好处于马氏体转变区，这会增加零件的变形开裂倾向，因此对于淬透性好、尺寸大的淬火零件，必须严格控制终冷温度，否则极容易造成淬裂现象的发生。对于夹杂物、气体含量都很少，化学成分均匀的较小规格淬火零件，可直接冷透；对于冶金质量较差、规格较大、形状复杂的锻件，建议终冷温度可提高至材料Ms点左右，在终冷温度下的保持时间，应以使锻件心部完成规定的组织转变为准。
[0006]淬火工艺的发展:
[0007]由于淬火零件在进行淬火时表面通过辐射、传导和对流的方式同淬火介质进行热交换，同时工件周围的淬火介质温度迅速升高，产生蒸气以及气泡工件表面温度迅速降下来，但是对于大型锻件工件内部并不能迅速降下来，只能通过热传导的方式逐渐使温度降下来。对于水溶性淬火介质，搅拌是一个非常基本的工艺参数，通过调整搅拌可以获得不同的淬火烈度。首先，搅拌可以缩短冷却过程的蒸汽膜阶段，提高冷却速度，其结果相当于提高了材料的淬透性，因此，通过调整搅拌形式可以获得不同的淬火烈度；再者搅拌可以改善淬火硬度的均匀性，同时可延缓介质的老化。[0008]实现搅拌有多种方式，但是针对水溶性淬火介质的冷却特点，应该选择合适的搅拌方式:
[0009]1、最原始的搅拌方式就是淬火时用吊车(行车)上下左右前后晃动，但这种搅拌人为因素太大，没有规律性可言，淬火后产品质量的可控性很差。
[0010]2、通过通入压缩空气进行搅拌，在这种情况下，由于压缩空气的通入可能会导致工件表面粘附有气泡，对工件表面热量的传递产生影响，冷却均匀性也很难保证。此外，空气的通入加快了淬火介质的老化。
[0011]3、也有部分客户的淬火槽是采用泵搅拌，这种搅拌在淬火区内形成的流态场为层流，介质只作轴向(单向)运动，虽然局部的淬火烈度可以达到很高水平，但是淬火件的各个侧面(正面和反面)的冷却速度差极大。另外，即使扬程再大、流量再大的泵，也很难使整槽内的介质全部运动起来。介质温度无法控制，即使再大的池子介质温度也会升高。
[0012]大型锻件及铸件在服役环境下大多承受较大的应力，对工件的综合力学性能要求较高，一般选择淬透性较好的合金钢，如40Cr、50Mn、35CrMo、42CrMo、40CrMnMo、42CrMo4、34CrNiMo6、5CrNiMo、H13 (4Cr5MoSiVl)等。为充分发掘材料的潜力，大型锻件或铸件大都需进行热处理，由于大型锻件都是由钢锭直接锻造成的，在热处理过程中必须考虑冶炼、铸锭、锻造等过程对锻件内部质量的影响。其主要影响因素有:化学成分不均匀与多种冶金缺陷的存在，如偏析等；晶粒粗大且不均匀；较多的缩孔、缩松与夹杂物；较大的锻造应力。
[0013]一般来说，工件尺寸和重量越大，钢中的合金成分含量越高，上述存在的问题就越严重。如果组织存在严重的偏析、铸态树枝晶、硫化物等，在淬火时很容易发生淬火裂纹或崩角的热处理缺陷，直接造成工件的报废。因此，大型锻件一般需进行锻后热处理，以改善锻件内部组织、消除锻造应力、降低硬度提高锻件的加工性能、细化晶粒使锻件获得良好的力学性能或为后续的最终热处理提供良好的组织条件。
【发明内容】
[0014]为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种搅拌式淬火设备，具有材料冷却速度快，淬透性高，散热均匀，畸变量小，外形精度高的特点，并有效地改善了材料的显微组织结构从而有效地提高了零件的综合力学性能，淬火的过程中避免了水蒸气和气泡的产生，并能实现淬火介质温度的自动化控制，保证了淬火零件的上限温度以及下限温度，大幅度的避免了淬火零件开裂、变形和崩角等缺陷的产生。
[0015]为达到上述目的，本实用新型的技术方案为:
[0016]一种搅拌式淬火设备包括:淬火箱体I和对整个设备进行检测控制的电气控制系统，其中，旋流装置、絮流装置、介质加热装置位于淬火箱体I内，介质冷却系统与淬火箱体I相连。所述的旋流装置由两台潜水搅拌器2组成，潜水搅拌器2位于淬火箱体I内前后两壁凸起处，通过设置于淬火箱体I上平面的潜水搅拌器安装底座3竖直安装于淬火箱体I内，其中心线与淬火区两侧切线重合呈对角形式分布，所述的絮流装置包括安装形式为立式的四台桨式搅拌器4，。
[0017]所述的桨式搅拌器4与分布在淬火箱体I上平面四角的四个桨式搅拌器安装底座5法兰连接，四台桨式搅拌器长轴端的螺旋桨分别竖直插入固定在箱体内四角的四个垂直导流管6上部的入口。四个垂直导流管6的下部出口分别与位于垂直导流管6正下方的四个弧形导流管7入口相连，，弧形导流管7的入口朝上，出口与入口呈90度，且出口统一朝向箱体中心，惯性扰流板8固连于箱体底部，由两块成60度夹角的钢板组成，惯性扰流板8与淬火箱体I底面构成一等边三角柱体，柱体长轴与淬火箱体I前后两壁垂直，且该柱体位于淬火箱体I底面正中。
[0018]所述的介质加热装置由固定在淬火箱体I上平面法兰板上的四根法兰式电加热器9组成。
[0019]所述的介质冷却系统由通过管道与淬火箱体I连接的两台循环泵10和冷却塔11组成。
[0020]所述的电气控制系统包括配电箱12，启动、停止按钮13安装在配电箱12的控制面板上，带温度显示并可调节式的温度控制器14安装在配电箱12内并与位于淬火箱体I内部的温度传感器15相连，絮流装置接触器16与配电箱12和絮流装置电连接、旋流装置接触器17与配电箱12及旋流装置电连接、电加热装置接触器18与配电箱12和介质加热装置电连接、冷却系统接触器19与配电箱12及介质冷却系统电连接。
[0021]本实用新型的有益效果是:
[0022]1、在淬火时淬火零件周围的淬火介质与淬火箱体内的淬火介质温度始终保持均匀一致，使淬火介质与淬火零件始终保持最大的温差，避免淬火介质的沸腾，加快温度的传导，可使冷却速度比普通淬火工艺的冷却速度提高5-8倍左右，有效地提高了材料的淬透性。
[0023]2、零件在淬火处理时温度散热均匀，淬火冷却畸变量小，可对外形精度要求较高以及机加工后的零件和形状结构较为复杂的淬火零件进行处理。
[0024]3、有效地改善了显微组织结构，有效地提高了零件的综合力学性能。
[0025]4、淬火的过程中避免了水蒸气和气泡的产生，淬火介质温度的自动化控制，保证了淬火零件的上限温度以及下限温度，大幅度的避免了淬火零件开裂、变形和崩角等缺陷的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的结构框图。
[0027]图2为淬火箱体的俯视图。
[0028]图3为淬火箱体的剖视图。
[0029]图4为介质冷却系统示意图。
[0030]图中:1-淬火箱体，2-潜水搅拌器，3-潜水搅拌器安装底座，4-浆式搅拌器，5-浆式搅拌器安装底座，6-垂直导流管，7-弧形导流管，8-惯性扰流板，9-法兰式电加热器，10-循环泵，11-冷却塔，12-配电箱，13-启动、停止按钮，14-温度控制器，15-温度传感器，16-絮流装置接触器，17-旋流装置接触器，18-电加热装置接触器，19-冷却系统接触器。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本实用新型的结构原理及工作原理做进一步详细说明。
[0032]如图1所示，本实用新型的结构原理为:
[0033]一种搅拌式淬火设备包括:淬火箱体I和对整个设备进行检测控制的电气控制系统，其中，旋流装置、絮流装置、介质加热装置位于淬火箱体I内，介质冷却系统与淬火箱体I相连。所述的旋流装置由两台潜水搅拌器2组成，潜水搅拌器2位于淬火箱体I内前后两壁凸起处，通过设置于淬火箱体I上平面的潜水搅拌器安装底座3竖直安装于淬火箱体I内，其中心线与淬火区两侧切线重合呈对角形式分布，所述的絮流装置包括安装形式为立式的四台桨式搅拌器4。
[0034]所述的桨式搅拌器4与分布在淬火箱体I上平面四角的四个桨式搅拌器安装底座5法兰连接，四台桨式搅拌器长轴端的螺旋桨分别竖直插入固定在箱体内四角的四个垂直导流管6上部的入口。四个垂直导流管6的下部出口分别与位于垂直导流管6正下方的四个弧形导流管7入口相连，，弧形导流管7的入口朝上，出口与入口呈90度，且出口统一朝向箱体中心，惯性扰流板8固连于箱体底部，由两块成60度夹角的钢板组成，惯性扰流板8与淬火箱体I底面构成一等边三角柱体，柱体长轴与淬火箱体I前后两壁垂直，且该柱体位于淬火箱体I底面正中。
[0035]所述的介质加热装置由固定在淬火箱体I上平面法兰板上的四根法兰式电加热器9组成。
[0036]所述的介质冷却系统由通过管道与淬火箱体I连接的两台循环泵10和冷却塔11组成。
[0037]所述的电气控制系统包括配电箱12，启动、停止按钮13安装在配电箱12的控制面板上，带温度显示并可调节式的温度控制器14安装在配电箱12内并与位于淬火箱体I内部的温度传感器15相连，絮流装置接触器16与配电箱12和絮流装置电连接、旋流装置接触器17与配电箱12及旋流装置电连接、电加热装置接触器18与配电箱12和介质加热装置电连接、冷却系统接触器19与配电箱12及介质冷却系统电连接。
[0038]本实用新型的工作原理为:
[0039]在淬火零件放入淬火箱体I之前，通过由启动、停止按钮13控制的四台桨式搅拌器4和两台潜水搅拌器2同时开启。四台桨式搅拌器4通过电机带动轴端的螺旋桨高速转动，从而产生的巨大推力将淬火介质从垂直导流管6的上部强制性的推向垂直导流管6的底部后，淬火介质进入进口和出口为90度角的弧形导流管7，然后淬火介质从弧形导流管的出口喷出，流向箱体底部的惯性扰流板8，淬火介质在极大推力下由于惯性扰流板8的扰流作用，向上做惯性流动，从而在淬火箱内I形成许多局部絮流的流动形态，当淬火零件放入箱体时，这些叠加的流动形态向上运动至淬火区与淬火零件发生碰撞，冲刷。安装在位于箱体两侧，淬火介质液位以下，淬火区域两切向位置的的两台潜水搅拌器2通过叶片旋转产生的巨大推力，推动淬火区域周围的淬火介质做旋转圆周运动，从而使淬火介质以淬火区为中心形成旋流的运动形态，使之不断的围绕淬火零件对其进行冲刷。这样可使淬火零件周围的淬火介质与箱体内的淬火介质相互混合，使淬火介质温度实时趋于均勻温度，减少水蒸气和气泡的产生，从而很大程度上提高了淬火零件的冷却速度，使淬火零件的热量在淬火介质中均匀传导，减小淬火零件的变形程度以及保证淬火零件的尺寸精度。
[0040]淬火箱体I内部的温度传感器15输出的电平信号被温度控制器14接收并转换成实时的温度数据，通过温度控制器14控制面板上的LCD液晶屏进行实时显示。当对淬火工件对淬火的终冷温度有较高的要求时，可在温度控制器14的控制面板上通过设定淬火介质的上下限温度，来保证淬火零件的终冷温度和防止淬火介质的温度升高。当水温高于设定的上限温度时，温度控制器14的温度上限温度信号输出端，通过信号线缆给冷却系统接触器19信号，使冷却系统接触器19的三相电源触点闭合，通过管道与淬火箱体I和冷却塔11连接的循环泵10启动，使淬火介质强制性循环至冷却塔11来降低水温后再流入淬火箱体I内。当水温低于设定的下限温度时，温度控制器14的温度下限温度信号输出端过信号线缆给电加热装置接触器19信号，使电加热装置接触器19的三相电源触点闭合，安装在淬火箱体I上的四根法兰式电加热器9启动，通过电能转化为的热能，来增加淬火介质的温度。当淬火介质温度等于设定温度时温度控制器14上下限温度输出端的信号停止输出，电加热系统或介质冷却系统停止。
[0041]通过控制淬火零件的终冷温度，可防止淬火零件因过冷导致的变形和崩角，提高了淬火零件的尺寸精度及成品率。
【权利要求】
1.一种搅拌式淬火设备，其特征在于:包括淬火箱体(I)和对整个设备进行检测控制的电气控制系统，其中，旋流装置、絮流装置、介质加热装置位于淬火箱体(I)内，介质冷却系统与淬火箱体(I)相连；所述的旋流装置由两台潜水搅拌器(2)组成，潜水搅拌器(2)位于淬火箱体(I)内前后两壁凸起处，通过设置于淬火箱体(I)上平面的潜水搅拌器安装底座(3)竖直安装于淬火箱体(I)内，其中心线与淬火区两侧切线重合呈对角形式分布，所述的絮流装置包括安装形式为立式的四台桨式搅拌器(4)。
2.如权利要求1所述的一种搅拌式淬火设备，其特征在于:所述桨式搅拌器(4)与分布在淬火箱体(I)上平面四角的四个桨式搅拌器安装底座(5)法兰连接，四台桨式搅拌器长轴端的螺旋桨分别竖直插入固定在箱体内四角的四个垂直导流管(6)上部的入口 ；四个垂直导流管(6)的下部出口分别与位于垂直导流管(6)正下方的四个弧形导流管(7)入口相连，弧形导流管(7)的入口朝上，出口与入口呈90度，且出口统一朝向箱体中心，惯性扰流板(8)固连于箱体底部，由两块成60度夹角的钢板组成，惯性扰流板(8)与淬火箱体(I)底面构成一等边三角柱体，柱体长轴与淬火箱体(I)前后两壁垂直，且该柱体位于淬火箱体(I)底面正中。
3.如权利要求2所述的一种搅拌式淬火设备，其特征在于:所述的介质加热装置由固定在淬火箱体(I)上平面法兰板上的四根法兰式电加热器(9)组成。
4.如权利要求3所述的一种搅拌式淬火设备，其特征在于:所述的介质冷却系统由通过管道与淬火箱体(I)连接的两台循环泵(10)和冷却塔(11)组成。
5.如权利要求4所述的一种搅拌式淬火设备，其特征在于:所述的电气控制系统包括配电箱(12)，启动、停止按钮(13)安装在配电箱(12)的控制面板上，带温度显示并可调节式的温度控制器(14)安装在配电箱(12)内并与位于淬火箱体⑴内部的温度传感器(15)相连，絮流装置接触器(16)与配电箱(12)和絮流装置电连接、旋流装置接触器(17)与配电箱(12)及旋流装置电连接、电加热装置接触器(18)与配电箱(12)和介质加热装置电连接、冷却系统接触器(19)与配电箱(12)及介质冷却系统电连接。
【文档编号】C21D1/63GK203613225SQ201320463347
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】韩利明 申请人:邯郸市津诚环保机械设备有限公司