专利名称：一种喷射对流强化冷却淬火装置与方法
技术领域：
本发明属于金属材料热处理技术领域，特别涉及一种喷射对流强化冷却淬火装置
与方法。
背景技术：
铝基复合材料以其优异的耐高温、耐腐蚀、热稳定、高硬度等物理化学性能而在冶 金、机械、化工、建材等工业领域获得广泛的应用，在电子、电气、航空航天等高新技术行业 也备受青睐。铝基复合材料的机械性能取决于其制备方法、微观组织、加工处理方法和工艺 技术参数等众多影响因素，对于以热处理可强化铝合金为基体的颗粒增强铝基复合材料来 说，淬火和时效是提高其机械性能的重要手段。 由于陶瓷颗粒与铝合金基体的热膨胀系数差别很大，在材料制备的高温过程(热 压、锻压、挤压)中会在基体合金中留下大量位错，在固溶处理(淬火)时，复合材料的位错 密度还会进一步增加。由于复合材料基体合金内位错密度较高，析出的质点较基体合金均 匀细小，十分有利于性能提高。在随后的时效过程中，时效沉淀强化质点将优先在基体合金 中空位、位错聚集的地方形核析出，由此导致复合材料的时效过程较基体合金短。与基体合 金本身相比，热处理可强化铝基复合材料对固溶时效处理过程和工艺技术参数更为敏感。
由于铝基复合材料的时效析出时间短，而析出相在高温下会长大，要避免复合材 料中析出相不长大导致性能恶化，在淬火过程中对复合材料整体进行强化冷却，防止复合 材料过早进入非受控的时效过程显得尤为重要。因此，通过控制淬火过程进行有效的固溶 处理，保证时效处理后铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度提高的同时提高其塑性，就成 为本技术领域急需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷射对流强化冷却淬火装置与方法，该装置原理简单， 设计简便，适应性强，可用于多种形状、大小的工件的淬火处理，达到快速冷却的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案达到的 这种喷射对流强化冷却淬火装置，其特征在于它包括加热电炉、工件升降机
构；调节多孔射流喷管及其产生的射流空间位置的调节机构，该机构包括多孔射流喷管、喷
管定位环、棘轮定位装置、伸縮套管、柔性水管；还包括分区水箱，调节阀、水泵。
这种喷射对流强化冷却淬火方法，包括下述步骤(1)控制分区水箱各区水温、水
位；(2)打开加热电炉底盖使装有工件的料框以控制的速度下降，满足工件淬火转移时间
要求；(3)打开水泵和调节阀门使分区水箱里冷水区的水通过多孔射流喷管射向浸入淬火
区的工件；(4)工件继续下降到两组射流平面中间预先调节好的冷却位置不动；(5)继续喷
射对流冷却1 30min ;(6)淬火区的水通过溢流管进入回水区自然冷却，水位超过溢流水
位时再进入冷水区强制冷却，循环使用。 柔性水管可以保证上述调节工作能够方便进行。
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所述喷射对流强化冷却淬火方法其产生的射流在液面下可覆盖并直接强力冲 刷到工件最大表面，水温通过冰块或制冷装置控制，在0 50°C范围可调，水压0. 05 1. 0MPa可调，流量10 50m3/h可调，喷射对流冷却时间1 30min。 所述多孔射流喷管产生的高速射流直接击打工件表面，即时破除由于工件放热、 冷却水汽化形成的包裹在工件表面阻碍热传导的水蒸气膜，加快工件周围冷却液的对流散 热；分区水箱的冷水区可以保证多孔射流喷管喷出的冷却水在最初的关键时段保持低温， 以达到最好的冷却效果。 本发明的方法是通过利用高能水流破坏淬火过程中被处理工件表面形成的水蒸 气膜，使得工件始终与冷却水有良好的接触，达到提高热交换速度使工件快速冷却达到固 溶处理的目的，进而改善金属基复合材料的性能。 本发明的一种喷射对流强化冷却淬火装置，以能产生高能射流的多孔射流喷管产 生的强水流即时破坏由于工件表面急剧放热形成的水蒸气膜，加快冷却水与工件的换热速 度，达到使工件快速冷却的目的，有利于铝基复合材料性能的充分发挥，提高其综合机械性 能。 本发明的的优点是原理简单，设计简便，适应性强，可用于多种形状、大小的工件 的淬火处理，达到快速冷却的效果。 下面通过具体实施方式
和附图对本发明做进一步说明，但不意味着对本发明保护 范围的限制。
图la:淬火炉主视图 图lb:图la的右视图 图2a :射流强化冷却原理图 图2b:图2a:的右视图 图3 :射流强化冷却装置空间结构图 下面通过具体实施方式
和附图对本发明做进一步说明
具体实施例方式
图la、图lb、图2a、图2b、图3中，1为工件升降机构，2为加热电炉，3为棘轮定位 装置(该产品市场有售)，4为伸縮套管，13为多孔射流喷管，其轴线与工件外接长方体长 轴方向平行，并通过喷管定位环5固定(一种定位的结构是将喷管插入定位环内，以螺钉紧 定)，从而确定了射流方向及其与工件外接长方体水平(最大)表面之间的夹角，伸縮套管 的长短伸縮调整可使两个多孔射流喷管分别贴近工件外接长方体两个水平(最大)表面， 套管与棘轮定位装置配合，伸縮套管摆动的相对角度可通过棘轮定位装置3调整到使两个 多孔射流喷管分别贴近工件外接长方体两个竖直(最小)表面。转动多孔射流喷管可调节 喷管出口的位置，所述的喷管有一接口 ，用于与柔性水管12连接。总之，所述多孔射流喷管 13可以通过棘轮定位装置3、伸縮套管4、喷管定位环5三者协同配合调节射流方向和距离。
图中，6为料框，7为分区水箱，8为溢流管，9为水泵，10为进水管，11为调节阀门， 图2a中，14为射流，15为水蒸汽膜，16为工件。
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所述分区水箱7的淬火区设有多孔射流喷管13提供强化对流冷却的射流；所述 分区水箱7的淬火区中部可设有2组多孔射流喷管13，根据工件形状、大小不同，每一组射 流喷管由数十个狭缝式或单孔式射流喷嘴沿喷管母线排列而成(各种规格的喷嘴市场有 售)，可以同时使用两组或多组射流喷管进行强化冷却。 所述分区水箱7各分区之间上部设有溢流管8，可以保证冷却水的有序循环。所述 多孔射流喷管13的单孔式或狭缝式喷嘴可以是分体组装式的也可以是整体加工的。
实施例1 本实施例所处理的铝基复合材料，其外形尺寸为700 X 200 X 50 (单位mm)。
其热处理工艺过程为固溶温度515 °C ，入水转移时间7s，冷却水温20°C ，压力 0. 2MPa，流量15m3/h，冷却时间10min。 试样性能为抗拉强度(Rm) 570 575MPa，规定非比例延伸强度(Rp。2) 370 405MPa，断后伸长率(A) 6. 5 % 10. 5 % ，断面收縮率(Z) 8. 5 % 12 % 。
实施例2 本实施例所处理的铝基复合材料，其外形尺寸为700X200X50(单位mm)。
其热处理工艺过程为固溶温度520 °C ，入水转移时间9s，冷却水温30°C ，压力 0. 5MPa，流量32mVh，冷却时间20min。 试样性能为抗拉强度(Rm) 540 560MPa，规定非比例延伸强度(Rp。. 2) 345 370MPa，断后伸长率(A) 5. 5 % 9. 5 % ，断面收縮率(Z) 8. 0 % 9. 5 % 。
权利要求
一种喷射对流强化冷却淬火装置，其特征在于它包括加热电炉、工件升降机构；调节多孔射流喷管及其产生的射流空间位置的调节机构，该机构包括多孔射流喷管、喷管定位环、棘轮定位装置、伸缩套管、柔性水管；还包括分区水箱、水泵。
2. 根据权利要求1所述的一种喷射对流强化冷却淬火装置，其特征在于所述的多孔 射流喷管的轴线与工件外接长方体长轴方向平行，并通过喷管定位环固定；伸縮套管与棘 轮定位装置配合。
3. 根据权利要求1或2所述的一种喷射对流强化冷却淬火装置，其特征在于所述分 区水箱分隔为三个独立的储水区，即冷水区、回水区和淬火区，淬火区、回水区分别设有等 高度的溢流管。
4. 一种喷射对流强化冷却淬火方法，其特征在于包括下述步骤(l)控制分区水箱各 区水温、水位；(2)打开加热电炉底盖使装有工件的料框以控制的速度下降，满足工件淬火 转移时间要求；(3)打开水泵和调节阀门使分区水箱里冷水区的水通过多孔射流喷管射向 浸入淬火区的工件；(4)工件继续下降到两组射流平面中间预先调节好的最佳冷却位置不 动；(5)继续喷射对流冷却1 30min ; (6)淬火区的水通过溢流管进入回水区自然冷却，水 位超过溢流水位时再进入冷水箱强制冷却，循环使用。
5. 根据权利要求4所述的喷射对流强化冷却淬火方法，其特征在于水温通过冰块或 制冷装置控制，控制在0 5(TC范围，水压0. 05 1. OMPa，流量10 50mVh，喷射对流冷 却时间1 30min。
6. 根据权利要求4所述的喷射对流强化冷却淬火方法，其特征在于所述分区水箱分 隔为三个独立的储水区，即冷水区、回水区和淬火区，三区通过等高度的溢流管过度连接。
7. 根据权利要求6所述的喷射对流强化冷却淬火方法，其特征在于所述的控制分区 水箱的水位是在淬火开始前保持冷水区和淬火区在最高水位，回水区无水，喷射对流强化 冷却淬火开始后，淬火区上部开始溢流，水进入回水区。
8. 根据权利要求6或7所述的喷射对流强化冷却淬火方法，其特征在于回水区容积 是冷水区容积的1/2，冷水区容积满足5min用水量，在8 10m3之间，实现冷却水的有序循 环。
全文摘要
本发明涉及一种喷射对流强化冷却淬火装置与方法，本装置包括加热电炉、工件升降机构；调节多孔射流喷管及其产生的射流空间位置的调节机构，该机构包括多孔射流喷管、喷管定位环、棘轮定位装置、伸缩套管、柔性水管；还包括分区水箱、水泵。本方法是通过利用多孔射流喷管产生的高能水流破坏淬火过程中被处理工件表面由于急剧放热而形成的水蒸气膜，使得工件始终与冷却水有良好的接触，并加快冷却水流动速度，提高工件与冷却水的换热效率，使工件快速冷却达到固溶处理的目的，有利于铝基复合材料性能的充分发挥，进而提高其综合机械性能。本发明的优点是装置原理简单，设计简便，适应性强，可用于多种形状、大小的工件的淬火处理，达到快速冷却的效果。
文档编号C21D1/667GK101768657SQ20081024736
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者左涛, 张琪, 张维玉, 徐骏, 樊建中, 马自力 申请人:北京有色金属研究总院