薄壁件微變形整體淬火的工藝及裝置的製作方法

2023-05-29 12:35:06

專利名稱:薄壁件微變形整體淬火的工藝及裝置的製作方法
本發明屬於鋼件的熱處理淬火工藝方法及裝置。
薄壁及形狀複雜的鋼工件整體淬火時產生變形是熱處理工藝的難題。用油淬火的鋼件經予先加熱浸入油中，在最初淬火的階段，在工件表面形成油蒸氣膜，油氣膜阻礙工件的熱傳導，工件表面的散熱在不均勻的冷卻過程中進行，導致淬火工件的變形。
為解決這個問題，通常的作法是在淬火槽內採用攪拌裝置。德國專利申請DE3037639提出在流體介質中特別是油介質中為了改善冷卻條件，使用攪拌器和噴嘴，強烈攪動流體介質，破壞油氣膜的形成，以保證淬火質量。但是對薄壁或結構複雜的鋼件，強烈攪拌本身就會引起零件的變形。
本發明的目的是要提供一種薄壁件微變形整體淬火的工藝方法及裝置。應用本發明可以減小工件淬火變形，提高淬火質量，提高產品的合格率。
本發明是這樣實現的用於淬火的流體介質採用含水油，所謂含水油是在機油中通入自來水或冷卻循環水。用含水油作為淬火介質，將工件加熱至淬火溫度並保溫使工件相變完成時，浸入含水油中，做上下垂直運動，待工件溫度冷至馬氏體轉變開始點時取出空冷。當灼熱的待淬火工件浸入含水油時，便立即產生「爆炸」現象，這種現象的產生是由於油中含有水的作用，產生的這種「爆炸」能夠爆破工件在淬火時所形成的油氣膜，保證工件均勻冷卻，因而明顯地減小工件在淬火時的變形。工件的淬火在淬火槽內進行，淬火槽是一個鋼製的槽體，槽體上部有一個進水管及帶有小孔的環形噴水管，槽體的底部有排水管，排水管的口徑應大於進水管口徑。槽體內有一層環形隔板，環形隔板通過鋼筋與槽體焊接，環形隔板的口徑小於環形噴水管，並在環形噴水管的下邊。淬火槽內先注水自來水或循環冷卻水，水面要高於淬火槽底部排水口，然後注入機油，油麵高於環形隔板上部。環形隔板下端高於水和油的界面層。含水油的深度根據最大淬火工件的尺寸，以保證工件淬火時作上下垂直運動保持在含水油層內來確定。在淬火過程中，自來水或循環冷卻水通過環形噴水管的小孔流出，沿著淬火槽的內壁源源不斷地淌入油中。在環形隔板區域內淬火的工件，將環形隔板區域內含水油加熱，被加熱部分的含水油比重減小，則向上浮動;環形隔板外側的熱含水油被水冷卻，比重增大，則下沉，這樣就形成了以環形隔板為分界的無需外加動力的含水油自動循環系統。這個系統的作用在於保證含水油中的水總是處於飽和狀態;降低含水油在淬火時不斷升高的溫度，與使用各種冷卻管比較是最有效的熱交換方式。自來水或循環冷卻水穿過被加熱的含水油，沉入槽底，從排水管排出，自來水或循環冷卻水的流量要保持在淬火時含水油不得形成泡沫外溢。環形隔板保護工件不直接與流入槽內的水接觸，避免因局部急劇冷卻而產生變形。
應用本發明適於一切用油淬火的工件和用油淬火的工序。
發明的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。
圖1是本發明的淬火槽結構示意圖;
圖2是本發明的環形水管的局部放大圖;
圖3是應用本發明的拋丸器圓盤零件圖;
圖4是圖3沿A-A線的剖面圖。
下面結合圖1～4，詳細說明依據本發明提出的具體裝置和工作情況。
根據圖1，該裝置包括槽體3，進水管及環形噴水管1、環形隔板4、出水管2和鋼筋5;其中環形隔板4通過鋼筋5與槽體3焊接固定，環形隔板4底端高於槽體3底面200mm，環形隔板4上端低於槽體3頂端200mm;環形噴水管1在環形隔板4的外圈並高於環形隔板4頂端50mm;出水管2在槽體3的底部，出水管2出水口高度為從含水油與水的界面算起約等於含水油深度的0.8倍。應用時先向槽體3注入自來水或循環冷卻水，水面高於槽體3底部100mm，然後注入機油，油麵高於環形隔板4頂部20mm，自來水沿槽體3的內壁源源淌入機油中。以拋丸器圓盤(圖3)在淬火槽的環形隔板4區域內淬火為例具體說明如下拋丸器圓盤是一個形狀複雜、壁薄、淬火時極易變形的零件，材質為40Cr(SAE5140)。將該零件加熱至840℃，燒透後保溫半小時，使之完全奧氏體化之後，取出淬入含水油中，做上下垂直運動，當工件淬入含水油時有悶悶的「咆哮」聲，待這種咆哮聲減至微弱時即達到馬氏體轉變開始點。歷時30秒後取出空冷。實驗200片，經檢驗硬度＞HRc41;變形＜0.06mm/500mm，合格率100%，顯微組織為鐵素體+貝氏體+馬氏體。淬火時由於相變體積膨脹，因而產生組織應力，而鐵素體和貝氏體的比容都較馬氏體為小，所以這種淬火工藝較之完全淬成馬氏體的工藝所產生的組織應力要小。鐵素體、貝氏體、馬氏體它們的形態各異，由於偏克分子體積效應也能相應地減小組織應力，所以淬火時的熱應力和組織應力都減小到最小的限度，因此能最大限度地減小工件變形。由於淬火後的組織為混合體，所以無須回火。
這種顯微組織特別適用於承受衝擊磨削的零件，它以馬氏體為前導抵禦外力的磨削，而鐵素體和貝氏體作為馬氏體的基底對外力的衝擊起緩衝作用。用本發明處理的拋丸器圓盤，使用壽命＞1000小時。
權利要求
1.一種適於薄壁件微變形整體淬火的工藝方法，其特徵在於淬火介質採用在油中連續不斷地加入自來水或循環冷卻水的含水油，將工件加熱至淬火溫度並保溫使工件相變完成時，浸入含水油中，做上下垂直運動，待工件溫度冷至馬氏體轉變開始點時取出空冷。
2.一種適於薄壁件微變形整體淬火的裝置，其特徵在於淬火槽由槽體3、進水管及管壁上帶有小孔的環形噴水管1、出水管2構成，其中環形隔板4通過鋼筋5與槽體3焊接，環形噴水管1口徑大於環形隔板4並在環形隔板4的上方。
專利摘要
一種適於薄壁件微變形整體淬火的熱處理工藝方法及裝置，採用具有環形隔板的淬火槽，用飽和含水油作為淬火介質。使用本發明的淬火工件可以減小淬火變形，提高工件質量，提高產品的合格率，淬火後無須回火，簡便易行。
文檔編號C21D1/63GK87101512SQ87101512
公開日1988年9月21日 申請日期1987年3月11日
發明者高智敏 申請人:高智敏導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan