CN104120225B - 一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法，用以解决现有技术中精密弹性合金淬火工艺中加热不均匀、冷却时间长所造成的硬度不均匀、塑性差和表面污染的问题，该热处理装置包括加热单元、高温合金气氛保护单元、气氛控制单元、温度控制单元、运转单元及流动水冷单元。本发明缩短了加热时间和淬火时间，使工件受热均匀，快速冷却，避免了材料硬度升高，同时隔绝了氧气和其他污染源的影响，工件表面光亮，无污染。

Description

一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法

技术领域

本发明涉及材料热处理技术领域，特别是一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法。

背景技术

精密弹性合金，如我国的3J1、3J53和俄罗斯的36НХТЮ（ЭИ702）等，是一种沉淀强化的金属材料，主要用于精密弹性元件的制造，在塑性加工之前，通常要进行淬火软化，以获得良好的成型性能。在淬火的过程中首先需要避免高温加热时表面氧化的问题，其次要在加热结束时快速冷却，避免强化相γ^’析出，以获得塑性良好的、均匀的固溶组织。

目前3J1等材料的淬火工艺是真空保护加油冷淬火，淬火的过程是在真空油淬炉里实现的，通过在真空室里加热防止表面氧化，通过油冷实现快速冷却淬火。在真空室加热的过程中，热量传导以热辐射为主，因此需要较长的加热时间，零件受热不够均匀；冷却的过程包括零件从真空室转移到前室，再浸入到油液冷却这两个步骤，经历的时间一般不少于30秒钟，这段时间里，一部分γ^’相会从固溶体里析出，使材料的硬度升高，塑性加工性能变差，另外零件表面会受到一定程度的污染，这也是造成某些弹性元件在成型过程中发生破裂的主要原因。

发明内容

本发明提供一种精密弹性合金淬火热处理装置及方法，用以解决现有技术中精密弹性合金淬火工艺中加热不均匀、冷却时间长所造成的硬度不均匀、塑性差和表面污染的问题。

根据本发明的目的，本发明提供一种精密弹性合金淬火热处理装置，该装置包括：

加热单元，采用箱式炉或管式炉的加热部，为整个热处理过程加热；

高温合金气氛保护单元，包括抽屉式的高温合金外壳及活动设置在其内部的高温合金内胆，所述高温合金外壳及所述高温合金内胆进入所述加热部内部进行加热；

气氛控制单元，包括流量表和螺旋状预热盘管，其内通入的保护气体先经所述流量表、再经所述预热盘管预热后进入所述高温合金内胆中；

温度控制单元，包括温度控制装置、智能仪表和中间继电器，所述温度控制装置用于控制加热单元的温度范围，所述智能仪表用于显示高温合金气氛保护容器内的温度，并在设定的报警上限输出报警信号，同时可利用所述中间继电器切断所述加热部的回路；

运转单元，包括导轨、滑车、回转机构、壳体和炉门组件，所述滑车设置在所述导轨上，所述壳体通过所述回转机构连接在所述滑车上，并可随回转机构平移和转动，所述流量表和智能仪表设置在所述壳体上；所述炉门组件安装在所述回转机构上，所述炉门组件上固定有所述预热盘管及所述高温合金外壳；

流动水冷单元，包括流动水冷容器和流动水，设置在所述导轨下方用于工件淬火，所述流动水从所述流动水冷容器下部的进水口进入，并以螺旋的方式上升，使温度较高的水从所述流动水冷容器上部的出水口排出。

作为本发明的优选方式，所述加热部一侧开口，该侧下部设置有弹性挂钩。

作为本发明的优选方式，所述高温合金内胆下部设置有可与所述加热部中弹性挂钩相咬合的固定挂钩，以使所述高温合金外壳退出所述加热部时所述高温合金内胆可滑出所述高温合金外壳，并向下翻转。

作为本发明的优选方式，所述保护气体为惰性气体，包括但不仅限于氩气和氦气。

作为本发明的优选方式，所述温度控制装置采用智能模糊温度控制器或PID温度控制器。

作为本发明的优选方式，所述运转单元还包括定位销，用于对所述壳体进行角向定位。

作为本发明的优选方式，所述回转机构包括垂直于底面的回转轴，所述炉门组件和所述壳体安装在所述回转轴上。

本发明还提供一种精密弹性合金淬火热处理方法，其特征在于，该方法包括：

加热单元工作，使进入加热单元内部的高温合金外壳和预热盘管预热；

温度达到预定值时，放入精密弹性合金零件的高温合金内胆置于高温合金外壳内后进入加热单元内部再次加热，并通过气氛控制单元通入保护气体实现保护气氛下的加热；

温度控制单元维持高温合金内胆的温度在设定的固溶温度范围，保温一定时间；

保温结束后，通过运转单元将高温合金外壳及高温合金内胆从加热单元内部拉出，并使高温合金内胆从高温合金外壳中脱出并翻转，置于其中的弹性合金零件落入下方的流动水冷单元中实现淬火。

本发明采用上述技术方案，可达到如下有益效果：

（1）与真空油淬炉的固溶过程相比，本发明在加热过程中工件由惰性气体围绕，加热过程除了热辐射还有热传导，加热时间缩短到真空油淬炉加热时间的1/2-1/3；此外，流动水冷却也是比油冷却更快的冷却方式，加热结束后的冷却时间比真空油淬炉冷却时间缩短20秒以上，即由30秒以上降到10秒以下；

（2）本发明中加热过程中热传导与热辐射进行结合，使工件受热均匀，固溶充分，而快速的冷却，有效地防止了γ^’相的析出，避免了材料硬度升高，经过对精密合金3j1工件的试验表明，真空油淬后硬度分布是Hv230-Hv330，而采用本发明后的硬度分布是Hv210-Hv220；

（3）采用真空油淬后工件表面有不同程度的污染，这是以内真空油淬炉里，工件除了受到微量的氧化作用，还有油挥发造成的碳化污染，而采用本发明处理后，由于惰性气体保护下的加热隔绝了氧气和其他污染源的影响，工件表面光亮，无污染。

附图说明

图1为本发明所述热处理装置较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明所述温度控制单元较佳实施例的结构示意图。

图中：

101、加热部，102、弹性挂钩；

201、高温合金内胆，202、高温合金外壳，203、固定挂钩；

301、流量表，302、预热盘管；

401、温度控制装置，402、智能仪表，403、中间继电器，404、热电偶，405、可控硅驱动电路；

501、滑车，502、导轨，503、回转机构，504、炉门组件，505、定位销，506、壳体；

601、流动水冷容器，602、流动水，603、进水口，604、出水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明较佳实施例提供一种精密弹性合金淬火热处理装置，

该装置包括加热单元、高温合金气氛保护单元、气氛控制单元、温度控制单元、运转单元及流动水冷单元。

其中加热单元采用箱式炉或管式炉的加热部101，为整个热处理过程加热；加热部101固定在运转单元导轨502的末端，一侧开口，该侧下部设置有弹性挂钩102。

高温合金气氛保护单元包括抽屉式的高温合金外壳202及活动设置在其内部的高温合金内胆201，高温合金外壳202及所述高温合金内胆201进入所述加热部101的内部进行加热；高温合金内胆201下部设置有可与加热部101中弹性挂钩102相咬合的固定挂钩203，以使高温合金外壳202退出加热部101时高温合金内胆201可滑出高温合金外壳202，并向下翻转。

气氛控制单元包括流量表301和螺旋状预热盘管302，其内通入的保护气体先经所述流量表301、再经所述预热盘管302预热后进入所述高温合金内胆201中；该保护气体为惰性气体，包括但不仅限于氩气和氦气，保护气体进入高温合金内胆201中对工件进行气氛保护，多余的保护气体以迷宫方式溢出。

温度控制单元包括温度控制装置401、智能仪表402和中间继电器403，其中温度控制装置采用智能模糊温度控制器或PID温度控制器，用于控制加热单元的温度范围，智能仪表402用于显示高温合金内胆201内的温度，并在设定的报警上限输出报警信号，同时可利用中间继电器403切断所述加热部101的回路，以避免超温。温度控制单元还包括热电偶404和可控硅驱动电路405，热电偶404用于分别测量加热部101和高温合金内胆201的温度，可控硅驱动电路405用于对加热电流导通角的实时控制。温度控制单元的具体结构如图2所示，该图中温度控制装置采用PID温度控制器。

运转单元包括导轨502、滑车501、回转机构503、壳体506和炉门组件504，滑车501设置在导轨502上，壳体506通过回转机构503连接在滑车501上，并可随回转机构503平移和转动，流量表301和智能仪表402设置在壳体506上；炉门组件504安装在回转机构503上，炉门组件504上固定有高温合金外壳202及预热盘管302；该回转机构503包括垂直于底面的回转轴，炉门组件504和壳体506安装在所述回转轴上。运转单元还包括定位销505，用于对所述壳体506进行角向定位。运转单元主要用于协调高温合金气氛保护单元装料和卸料的过程及高温合金气氛保护单元进出加热单元的过程。

流动水冷单元包括流动水冷容器601和流动水602，设置在导轨502下方用于工件淬火，流动水602从流动水冷容器601下部的进水口603进入，并以螺旋的方式上升，使温度较高的水从流动水冷容器601上部的出水口604排出。

在上述精密弹性合金淬火热处理装置的基础上，本发明较佳实施例进一步提供一种热处理方法，该方法包括：

首先，加热单元工作，使进入加热单元内部的高温合金外壳和预热盘管预热。

该步骤中，推动滑车501使炉门组件504与加热部101结合，固定在炉门组件504上的高温合金外壳202和预热盘管302进入加热部101内部，加热部101上电开始工作，使进入加热部101内部的高温合金外壳202和预热盘管302预热。同时将精密弹性合金工件放入高温合金内胆201中作准备，此时高温合金内胆101未装入高温合金外壳202中。

其次，温度达到预定值时，放入精密弹性合金零件的高温合金内胆置于高温合金外壳内后进入加热单元内部再次加热，并通过气氛控制单元通入保护气体实现保护气氛下的加热。

该步骤中，当加热部101温度达到预定值时，拉动滑车501，使固定在炉门组件504上的高温合金外壳202完全从加热部101脱出，此时取消定位销505的定位，推动壳体506及炉门组件504作顺时针或逆时针回转一定角度。将预先准备好的已装入精密弹性合金工件的高温合金内胆201装入高温合金外壳202中，推动壳体506及炉门组件504使其回位，并使定位销505恢复角向定位，然后沿导轨502推动滑车501，使炉门组件504与加热部101结合，高温合金外壳202及高温合金内胆201进入加热部101加热；此时气氛控制单元通入10-20L/min的保护气体，该保护气体经过预热盘管302预热后进入高温合金内胆201，将高温合金内胆201中的空气排出后实现保护气氛下的加热，该保护气体优选惰性气体，包括但不仅限于氩气和氦气。

再次，温度控制单元维持高温合金内胆的温度在设定的固溶温度范围，保温一定时间。

该步骤中，设置温度控制单元中温度控制装置401和智能仪表402的控制参数，使得高温合金内胆201的温度维持在设定的固溶温度范围，并保温一定时间。智能仪表402实时显示高温合金内胆201内的温度，同时可利用中间继电器403切断加热部101的回路，以避免超温。

最后，保温结束后，通过运转单元将高温合金外壳及高温合金内胆从加热单元内部拉出，并使高温合金内胆从高温合金外壳中脱出并翻转，置于其中的弹性合金零件落入下方的流动水冷单元中实现淬火。

该步骤中，当保温结束时，拉动滑车501，使炉门组件504与加热部101脱离，固定在炉门组件504上的高温合金外壳202及设置在其中的高温合金内胆201从加热部101中退出。加热部101的弹性挂钩102在高温合金外壳202及高温合金内胆201退出时，在弹簧的作用下上升，高温合金内胆201的固定挂钩203在退出过程中与加热部101的弹性挂钩102咬合，使活动设置在高温合金外壳202中的高温合金内胆201从高温合金外壳202中脱出并向下翻转，置于高温合金内胆201中的弹性合金工件落入下方的流动水冷单元中流动水冷容器601内实现淬火，工件从拉出到淬火的时间不超过10秒。

使用上述热处理装置和方法，可以对精密弹性合金如3j1、3J53、ЭИ702等材料的零件进行淬火热处理，同时也可以用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢和高温合金等材料的淬火热处理，以获得均匀的固溶体组织，得到所需的塑性加工性能和光亮的表面状态。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种精密弹性合金的淬火装置，其特征在于：包括加热单元、高温合金容器、高温合金气氛保护容器、气氛控制单元、温度控制单元、运转单元和流动水冷装置；所述高温合金容器为高温合金气氛保护容器的内胆，所述运转单元与高温合金气氛保护容器的外壳固定，所述气氛控制单元与高温合金气氛保护容器连接；所述温度控制单元设置在高温合金容器和加热单元上，所述高温合金气氛保护容器可以通过运转单元自由出入加热单元，所述流动水冷装置设置在加热单元外部运转单元的下方；所述加热单元采用箱式炉或管式炉的加热部分；所述高温合金气氛保护容器采用抽屉式，保护气体以迷宫方式溢出，可避免空气回流；所述气氛控制单元，由流量表和螺旋盘管构成，保护气体通过流量表，经过螺旋盘管预热后进入高温合金气氛保护容器，对工件进行气氛保护；所述温度控制单元由智能模糊控制器或其他PID控制器与智能仪表及相应的热电偶构成，其中智能仪表显示高温合金容器内的温度；所述运转单元由滑车、导轨和回转机构组成，高温合金气氛保护容器、气氛控制单元和温度控制集成于其上，它的作用是协调高温合金容器装卸料及进出加热单元和进入流动水冷装置；所述流动水冷装置的流动水从下部进入，以螺旋的方式上升，使温度较高的水从上部排出。

2.一种精密弹性合金的淬火方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）将精密弹性合金零件放入高温合金容器中，同时加热单元开始工作，使高温合金气氛保护容器预热；（2）当温度达到预定值时，通过运转单元将高温合金气氛保护容器拉出，装入高温合金容器，然后推入加热单元；（3）给高温合金气氛保护容器通入惰性气体，经过螺旋盘管预热后进入高温合金气氛保护容器，将高温合金气氛保护容器中的空气排出，实现精密弹性合金在保护气氛下的加热，所述惰性气体为氩气或氦气，气体流速为10~20L/min；（4）温度控制单元将高温合金容器中的温度控制在设定的固溶温度范围，保温一定的时间；（5）当保温结束时，运转单元将高温合金气氛保护容器从加热单元中拉出，同时高温合金容器从高温合金气氛保护容器中脱出并翻转，置于其中的弹性合金零件落入下方的流动水冷装置中淬火，从加热单元拉出到精密弹性合金零件落入流动水冷装置淬火的时间不超过10秒。