CN101250621B - 提高淬火介质搅动强度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高淬火介质搅动强度的方法，属于金属材料热处理领域。本发明采用机械搅拌与喷射压缩空气相结合的方法进行介质的搅拌，机械搅拌和喷射压缩空气同时进行，或按照机械搅拌和喷射压缩空气顺序进行，其中：所述机械搅拌实现淬火介质在设定的速度下运动，强迫介质沿固定路线流动，给淬火区域提供新的介质；所述喷射压缩空气对已经流动的介质进行加速和增加其振动强度，从而实现金属表面形成的蒸汽膜提前消失或减薄的目的。本发明解决了单纯机械搅拌介质流动速度和冲击力弱的问题，同时也减弱了单纯压缩空气搅拌存在导热不均的问题。

Description

提高淬火介质搅动强度的方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料热处理领域的方法，具体涉及的是一种提高淬火介质搅动强度的方法，特别是针对搅拌区域大又要求搅拌强度特别高的情况。
背景技术
淬火是指将钢件加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以要求的速度冷却获得预期组织的热处理工艺。决定淬火质量的很重要因素之一是淬火介质，而影响淬火介质冷却特性的重要因素之一是介质的运动状况。介质运动的作用之一是冲击在金属表面形成的蒸汽膜使其提前消失或减薄，实现金属的表面得到快速和相对均匀的冷却。为了实现该目的，通常的方法是在淬火槽上设置机械搅拌器对介质进行搅拌(如螺旋桨搅拌器、泵等)或通过通入压缩空气。机械搅拌器对介质的搅拌一般情况下可以实现的介质流动速率比较低，对于大型淬火槽该方法可达到的搅拌速率更低。而采用压缩空气方法搅拌，由于空气是热的不良导体，空气与高温的金属表面接触会降低局部的传热效果，有产生软点的可能，所以在一般情况下不建议采用压缩空气的方法对淬火槽进行搅拌。
经对现有技术的文献检索发现，王鸣华等人在《金属热处理》2005，30(1)：71-73上发表的“不同搅拌方式下冷却曲线的测量与比较”，该文比较了在螺旋桨搅拌情况下不同流速下的冷却曲线，可知介质的冷却强度随着介质流速的提高而提高。但是螺旋桨搅拌的速度一般在0.2m/s左右，达到0.5m/s的速度需要大幅度提高螺旋桨搅拌器的转速，这会对螺旋桨的制造精度提出更高的要求，同时在大型淬火槽也很难实现大区域的介质高速流动。对于有特殊要求的大锻件会对介质的冷却强度有较高的要求。但是对于大直径淬火槽单纯依靠泵或机械搅拌很难满足要求，原因是在大直径淬火槽中增加很小的介质流速，都需要增加很大的动力满足要求。例如：对于有效淬火区为φ5*6(M)的淬火槽，介质流速达到0.1m/s时需要配备约350Kw的泵或配备约100Kw的螺旋桨搅拌器，介质流速达到0.2m/s时需要配备约700Kw的泵或配备约200Kw的螺旋桨搅拌器，介质流速达到0.3m/s时需要配备约1050Kw的泵或配备约300Kw的螺旋桨搅拌器。即使如此条件下的流速也可能无法满足淬火件的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种提高淬火介质搅动强度的方法，采用机械搅拌与压缩空气搅拌相结合的方法进行介质的搅拌，解决了单纯机械搅拌介质流动速度和冲击力弱的问题，同时也减弱了单纯压缩空气搅拌存在导热不均的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用机械搅拌与喷射压缩空气相结合的方法进行介质的搅拌，机械搅拌和喷射压缩空气可以根据淬火要求同时进行，也可以按照机械搅拌和喷射压缩空气顺序进行。
所述机械搅拌实现淬火介质在设定的速度下运动，强迫介质沿固定路线流动，给淬火区域提供新的介质；
所述喷射压缩空气对已经流动的介质进行加速和增加其振动强度，从而实现金属表面形成的蒸汽膜提前消失或减薄的目的。这里的压缩空气运动与新的介质运动相结合，减弱了单纯压缩空气搅拌对淬火质量的影响。
所述机械搅拌，是通过在淬火槽上设置机械搅拌器实现的。
所述机械搅拌，可以是螺旋桨搅拌、泵搅拌或其它搅拌方法中的一种或者几种。
所述机械搅拌器，可以是螺旋桨搅拌器或/和泵，机械搅拌器可以在淬火槽上任意位置设置。
所述喷射压缩空气，是通过在淬火槽上设置压缩空气喷管实现的。
所述压缩空气可以是除空气以外的其它气源，压缩空气喷管可以在淬火槽底部或者任意位置按照任意方式设置。
所述淬火槽可以是各种形状，
所述淬火介质可以是油、水或水溶性淬火介质等任意介质。
本发明中，采用机械搅拌的目的是对介质进行搅拌，使介质从有效淬火区底部进入，然后以一定速度上升到液面，到达液面后再次被搅拌器或/和泵送到淬火槽的底部，如此循环往复。压缩空气喷管与压缩空气源联接，二者之间通过阀门控制压缩空气的通断。在压缩空气喷管上开孔。压缩空气喷管可以是均布在淬火槽底部，也可按照要求强冷部位设置压缩空气喷管。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明具有以下特点和效果：1)采用机械搅拌与压缩空气搅拌相结合的方法进行介质的搅拌，既解决了单纯机械搅拌介质流动速度和冲击力弱的问题，也减弱了单纯压缩空气搅拌存在导热不均的问题。2)采用本发明的方法淬火后，可以根据淬火件要求的冷却强度来控制压缩空气的喷射方式和时间，实现安装需求进行冷却的目的。3)本方法实施简单，可以降低设备的一次性投入和运行成本。
附图说明
图1为本发明实施例1所用装置结构图
图2为本发明实施例1所用装置结构图
图3为本发明实施例1所用装置结构图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例采用的是一台具有泵搅拌与压缩空气搅拌复合的淬火槽，见附图1。淬火槽由溢流槽1、槽体2、淬火有效区域3、压缩空气喷嘴4、环状压缩空气管5、压缩空气管6、液体管路7、泵8和液体均流装置9组成。
机械搅拌：该淬火槽的泵搅拌是在泵8的作用下由溢流槽1抽取介质，介质流经液体管路7进入槽体2内的液体均流装置9内进行均流，然后介质流经淬火有效区域3再回到溢流槽1，如此往复形成介质的流动，一台淬火槽内可以布置多套泵搅拌系统。
压缩空气的搅拌：首先压缩空气通入压缩空气管6，由压缩空气管6流入环状压缩空气管5，最后压缩空气由压缩空气喷嘴4喷向介质之中。该压缩空气搅拌系统可以布置在泵搅拌系统之上，也可以布置在泵搅拌系统之下或上下布置，一台淬火槽内可以布置多套压缩空气搅拌系统。
该具有泵搅拌与压缩空气搅拌复合的淬火槽通过泵8的搅拌可以实现在淬火有效区域3内实现介质流速达到0.1～0.2m/s，而在布置压缩空气喷嘴4的上部的有效淬火区域的一定区间内的介质流速可以达到0.2～0.4m/s。
实施例2
本实施例采用的是一台具有螺旋桨搅拌器与压缩空气搅拌复合的淬火槽，见附图2。淬火槽由螺旋桨搅拌器1、槽体2、淬火有效区域3、压缩空气喷嘴4、环状压缩空气管5、压缩空气管6、导流筒7和均流装置8组成。
机械搅拌：淬火槽的螺旋桨搅拌器1将介质由淬火槽上部通过导流筒7推到淬火槽的底部，介质经均流装置8进行均流，然后介质流经淬火有效区域3再回到淬火槽的上部，如此往复形成介质的流动，一台淬火槽内可以布置多套螺旋桨搅拌器1。
压缩空气的搅拌：首先压缩空气通入压缩空气管6，由压缩空气管6流入环状压缩空气管5，最后压缩空气由压缩空气喷嘴4喷向介质之中。一台淬火槽内可以布置多套压缩空气搅拌系统。
该具有螺旋桨搅拌器与压缩空气搅拌复合的淬火槽通过螺旋桨的搅拌器1可以实现在淬火有效区域3内实现介质流速达到0.1～0.3m/s，而在布置压缩空气喷嘴4的上部的有效淬火区域的一定区间内的介质流速可以达到0.2～0.5m/s。
实施例3
本实施例采用的是一台具有螺旋桨搅拌器、泵搅拌与压缩空气搅拌复合的淬火槽，见附图3。淬火槽由螺旋桨搅拌器1、槽体2、淬火有效区域3、压缩空气喷嘴4、环状压缩空气管5、压缩空气管6、管路7、泵8、均流装置9、导流筒10、环状介质管路11、介质喷嘴12、溢流管13和溢流槽14组成。
机械搅拌：淬火槽的螺旋桨搅拌器1将介质由淬火槽上部通过导流筒10推到淬火槽的底部，介质经均流装置9进行均流，然后介质流经淬火有效区域3再回到淬火槽的上部，如此往复形成介质的流动，一台淬火槽内可以布置多套螺旋桨搅拌器1。泵的搅拌是在泵8的作用下将介质由介质源通过管路7充入环状介质管路11，然后通过介质喷嘴12喷出实现对介质的换热和搅拌，多余的介质在溢流槽14处溢出，通过溢流管13流回到介质源。
压缩空气的搅拌：首先压缩空气通入压缩空气管6，由压缩空气管6流入环状压缩空气管5，最后压缩空气由压缩空气喷嘴4喷向介质之中。
该具有螺旋桨搅拌器、泵搅拌与压缩空气搅拌复合的淬火槽通过螺旋桨的搅拌器1和泵8的搅拌可以实现在淬火有效区域3内实现介质流速达到0.2～0.4m/s，而在布置压缩空气喷嘴4的上部的有效淬火区域的一定区间内的介质流速可以达到0.4～0.6m/s。

Claims (7)

1.一种提高淬火介质搅动强度的方法，其特征在于，采用机械搅拌与喷射压缩空气相结合的方法进行介质的搅拌，机械搅拌和喷射压缩空气同时进行，或按照机械搅拌和喷射压缩空气顺序进行，其中：
所述机械搅拌实现淬火介质在设定的速度下运动，强迫介质沿固定路线流动，给淬火区域提供新的介质；
所述喷射压缩空气对已经流动的介质进行加速和增加其振动强度，从而实现金属表面形成的蒸汽膜提前消失或减薄的目的；
所述淬火介质是油、水或水溶性淬火介质。
2.根据权利要求1所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述机械搅拌，是通过在淬火槽上设置机械搅拌器实现的。
3.根据权利要求1或2所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述机械搅拌采用螺旋桨搅拌、泵搅拌中的一种或者两种。
4.根据权利要求2所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述机械搅拌器是螺旋桨搅拌器或/和泵。
5.根据权利要求1所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述喷射压缩空气，是通过在淬火槽上设置压缩空气喷管实现的。
6.根据权利要求5所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述压缩空气喷管与压缩空气源联接，二者之间通过阀门控制压缩空气的通断，在压缩空气喷管上开孔。
7.根据权利要求5或6所述的提高淬火介质搅动强度的方法，其特征是，所述压缩空气喷管均布在淬火槽底部，或者按照要求设置在强冷部位。
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