CN113832308B - 一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置 - Google Patents

一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置。所述马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法包括首先将磨球奥氏体化后放入热处理滚筒循环水中水冷，经水冷热处理后磨球温度处于贝氏体转变温度区间，取出磨球，放入保温炉进行等温回火，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球。本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置具有通过调整滚筒内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区，使磨球内外温差较小，降低了组织应力，有效避免了磨球淬火开裂的优点。

Description

一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和 装置
技术领域
本发明涉及金属材料热工艺处理技术领域，尤其涉及一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置。
背景技术
对于黑色金属而言奥氏体：为单一的面心立方结构，碳及合金元素溶解是面心晶格(γ铁)的孔隙之中，其奥氏体转变温度或存在温度与合金成份有很大的关系，这就出现的奥氏体不锈钢。特点：硬度低，易变形。马氏体：碳在低温体心立方结构铁(α铁)中的过饱和固溶体。形成温度在Ms点以下，主要是存在孪晶结构而不是位错，中脊表现的特别明显。由于转变过程中没有碳及合金元素的扩散，所以其晶格为畸变状态，虽然说是立方结构，但晶格常数不同，不论是组织还是性能都是不稳定的组织。只有通过高温回火，逐渐达到稳定。特点：硬度高，不稳定。贝氏体：应该说是碳在低温体心立方结构铁 (α铁)中的过饱和固溶体，由于在组织转变过程中碳及合金元素存在短程扩散，饱和度比M体要小，晶格常数比也小很多。此组织由美国Bain先生发现，所以叫贝氏体。特点：韧性明显高于M，硬度低于M，性能比较稳定。三种组织，奥氏体与M、B很容易区分，但M 和B区分主要是观察针的分布情况和中脊内结构，是很困难的，有的资料标明组织的含量，实际是不能应用到检验和生产过程中。
奥氏体：碳溶于γ-Fe中所形成的固溶体，任何成份的钢加热到奥氏体单相区都能全部转化成奥氏体。其形成步骤分四步：1)在铁素体和渗碳体晶界形核；2)晶核的长大(溶解渗碳体和碳原子)；3) 剩余渗碳体的溶解；4)奥氏体均匀化(碳在奥氏体中继续扩散至均匀)。奥氏体相变的举例：奥氏体不锈钢的固溶处理(固溶加热温度 1050-1130，在水中快速冷却)、高锰钢水韧处理；马氏体：钢经过淬火所得高硬度相。钢的奥氏体化之后，冷速大于临界冷却速度时，奥氏体才能过冷到MS点以下转变为马氏体。贝氏体：在珠光体转变和马氏体转变温度范围之间，过冷奥氏体将按另一种转变机制转变。由于这一转变在中将按温度范围之内发生，故称之等温转变(贝氏体转变)，转变所得产物为贝氏体。上贝氏体：形成温度550°左右(中高碳钢)；下贝氏体：350°以下形成(含碳量低时可能高于350°)。
但是在金属磨球的降温环节中，由于不能够实现精确控制磨球降温速度，难以达到连续等温淬火，从而绕过珠光体温度转变区，使得磨球内外温差较大，导致组织应力大，使磨球淬火开裂严重。
因此，有必要提供一种新的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种具有通过调整滚筒内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区，使磨球内外温差较小，降低了组织应力，有效避免了磨球淬火开裂的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法包括：首先将磨球奥氏体化后放入热处理滚筒循环水中水冷，经水冷热处理后磨球温度处于贝氏体转变温度区间，取出磨球，放入保温炉进行等温回火，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
具体步骤如下：
步骤1、首先将磨球在780～960℃进行奥氏体化；
步骤2、将步骤1的奥氏体化后的磨球放入到滚筒内的循环水中水冷，连续等温淬火热处理后磨球温度为200～320℃时，取出磨球，放入保温炉等温回火2～4小时，保温炉温度255～265℃，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
步骤3、步骤2中直径40～80mm磨球每个温区保温120～160min，直径90～100mm磨球每个温区保温160～200min，直径大于100mm磨球每个温区保温200～240min。
本发明还提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理的装置，包括螺旋滚筒、滚筒支架、动力机构、水位控制机构和水温控制机构，所述螺旋滚筒转动安装在所述滚筒支架上。
优选的，所述动力机构包括变速器和调速电机，所述变速器固定安装在所述调速电机的输出端上，所述变速器和所述调速电机均与所述滚筒支架固定连接，所述变速器和所述螺旋滚筒通过动力件连接。
优选的，所述水位控制机构和水温控制机构包括水箱、主水泵、主进水管和主排水管，所述水箱和所述主水泵均设置在所述滚筒支架上，所述主进水管和所述主排水管分别固定连通在所述水箱、主水泵和滚筒支架上。
优选的，所述螺旋滚筒上设置有感应器，所述主进水管和所述主排水管上均设置有第一流量阀，所述滚筒支架的一侧设置有控制箱。
优选的，所述滚筒支架的一侧设置有框架，所述框架上设置有备用导液机构和清洗溶液混合机构。
优选的，所述备用导液机构包括备用水泵、副进水管和副排水管，所述备用水泵固定安装在所述框架的一侧，所述副进水管和所述副排水管分别固定连通在所述备用水泵的进水端和排水端上，所述副进水管和所述副排水管分别与所述主进水管和所述主排水管固定连通。
优选的，所述副进水管位于所述主进水管上所述第一流量阀的上游，所述副排水管位于所述主排水管上所述第一流量阀的下游，所述副进水管和所述副排水管上均设置有第二流量阀。
优选的，所述清洗溶液混合机构包括混液筒、储液筒、导液管、活塞、电动导轨和U形架，所述混液筒设置在所述副排水管上并位于所述框架内，所述储液筒固定安装在所述框架内并位于所述混液筒的上方，所述导液管固定连通在所述混液筒的顶部和所述储液筒的底部，所述活塞密封滑动在所述储液筒内，所述电动导轨固定安装在所述框架的一侧，所述U形架固定安装在所述电动导轨的输出块和所述活塞上。
优选的，所述活塞上固定贯穿安装有气管，所述导液管上设置有第一单向阀，所述气管上设置有第二单向阀。
与相关技术相比较，本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置具有如下有益效果：
本发明提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置：
1、通过调整滚筒内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区，使磨球内外温差较小，降低了组织应力，有效避免了磨球淬火开裂，本发明得到的磨球显微组织为均匀的细枝晶，综合力学性能好，成本低，节能环保；
2、采用连续水冷淬火，保温炉等温回火，装置简单，制造成本低，容易控制，降低了磨球生产成本；采用水作为冷却介质，安全、节能和环保；磨球表面和心部能同时稳定地进入贝氏体转变温度，获得的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球，磨球心部与表面组织均匀，磨球心部与表面力学性能偏差小，磨球使用性能较好；
3、通过在一侧设置备用水泵能够在需要进行去除设备杂质时进行另一套循环系统，清洗溶液混合机构能够将去除杂质的溶液均匀注射入混液筒内，从而与水进行均匀混合，能够更好的去除设备内的杂质，在操作上也较为省力。
附图说明
图1为本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理装置的第一实施例的俯视结构示意图；
图2为本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理装置的第一实施例的主视结构示意图；
图3为本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理装置的第二实施例的主视结构示意图；
图4为图3中所示A部分的放大结构示意图。
图中标号：1、螺旋滚筒；2、滚筒支架；3、变速器；4、调速电机；5、水箱；6、感应器；7、主水泵；8、主进水管；9、主排水管； 10、第一流量阀；11、控制箱；12、框架；13、备用水泵；14、副进水管；15、副排水管；16、第二流量阀；17、混液筒；18、储液筒； 19、导液管；20、活塞；21、电动导轨；22、U形架；23、气管；24、第一单向阀；25、第二单向阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
第一实施例：
请结合参阅图1-2。马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法包括：首先将磨球奥氏体化后放入热处理滚筒循环水中水冷，经水冷热处理后磨球温度处于贝氏体转变温度区间，取出磨球，放入保温炉进行等温回火，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
具体步骤如下：
步骤1、首先将磨球在780～960℃进行奥氏体化；
步骤2、将步骤1的奥氏体化后的磨球放入到滚筒内的循环水中水冷，连续等温淬火热处理后磨球温度为200～320℃时，取出磨球，放入保温炉等温回火2～4小时，保温炉温度255～265℃，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
步骤3、步骤2中直径40～80mm磨球每个温区保温120～160min，直径90～100mm磨球每个温区保温160～200min，直径大于100mm磨球每个温区保温200～240min。
本发明还提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理的装置，包括螺旋滚筒1、滚筒支架2、动力机构和水温控制机构，所述螺旋滚筒1转动安装在所述滚筒支架2上。
所述动力机构包括变速器3和调速电机4，所述变速器3固定安装在所述调速电机4的输出端上，所述变速器3和所述调速电机4均与所述滚筒支架2固定连接，所述变速器3和所述螺旋滚筒1通过动力件连接，动力机构用于驱动螺旋滚筒1旋转送料。
所述水位和水温控制机构包括水箱5、主水泵7、主进水管8和主排水管9，所述水箱5和所述主水泵7均设置在所述滚筒支架2上，所述主进水管8和所述主排水管9分别固定连通在所述水箱5、主水泵7和滚筒支架2上，水位和水温控制机构用于对冷却水进行循环，调整滚筒内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区，使磨球内外温差较小，降低了组织应力，有效避免了磨球淬火开裂。
所述螺旋滚筒1上设置有感应器6，所述主进水管8和所述主排水管9上均设置有第一流量阀10，所述滚筒支架2的一侧设置有控制箱11。
淬火装置按设定的参数自动控制运行，减少了人为因素的影响，不同规格奥铁体铸球在等温淬火油中的冷却时间和出油温度如下所示：
Figure SMS_1
本实施例中：
使用时，通过控制箱11启动调速电机4和主水泵7，之后将奥氏体化后的磨球放入到螺旋滚筒1内的循环水中，螺旋滚筒1内安装有螺旋，在螺旋滚筒1旋转时磨球可以随着螺旋滚动前进，通过主水泵7调整螺旋滚筒1内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区；
本发明的淬火介质采用水，不用盐和油，避免了污染，生产成本低，得到的磨球热处理成本低、使用性能好。
与相关技术相比较，本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置具有如下有益效果：
本发明提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置，通过调整滚筒内的水位高度、流量、水温、滚筒转速，实现精确控制磨球降温速度，达到连续等温淬火的效果，绕过珠光体温度转变区，使磨球内外温差较小，降低了组织应力，有效避免了磨球淬火开裂，本发明得到的磨球显微组织为均匀的细枝晶，综合力学性能好，成本低，节能环保；
采用连续水冷淬火，保温炉等温回火，装置简单，制造成本低，容易控制，降低了磨球生产成本；采用水作为冷却介质，安全、节能和环保；磨球表面和心部能同时稳定地进入贝氏体转变温度，获得的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球，磨球心部与表面组织均匀，磨球心部与表面力学性能偏差小，磨球使用性能较好。
第二实施例：
基于本申请的第一实施例提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置，本申请的第二实施例提出另一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置。第二实施例仅仅是第一实施例的优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。
下面结合附图和实施方式对本发明的第二实施例作进一步说明。
请结合参阅图3-4，马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理装置还包括框架12，所述框架12设置在所述滚筒支架2的一侧，所述框架12上设置有备用导液机构和清洗溶液混合机构。
所述备用导液机构包括备用水泵13、副进水管14和副排水管15，所述备用水泵13固定安装在所述框架12的一侧，所述副进水管14 和所述副排水管15分别固定连通在所述备用水泵13的进水端和排水端上，所述副进水管14和所述副排水管15分别与所述主进水管8和所述主排水管9固定连通，备用导液机构的另一套循环系统能够在需要进行去除设备杂质的流动需要，同时保证设备的正常运转。
所述副进水管14位于所述主进水管8上所述第一流量阀10的上游，所述副排水管15位于所述主排水管9上所述第一流量阀10的下游，所述副进水管14和所述副排水管15上均设置有第二流量阀16，不同位置设置的流量阀能够进行截流和释放，从而控制整体系统的使用。
所述清洗溶液混合机构包括混液筒17、储液筒18、导液管19、活塞20、电动导轨21和U形架22，所述混液筒17设置在所述副排水管15上并位于所述框架12内，所述储液筒18固定安装在所述框架12内并位于所述混液筒17的上方，所述导液管19固定连通在所述混液筒17的顶部和所述储液筒18的底部，所述活塞20密封滑动在所述储液筒18内，所述电动导轨21固定安装在所述框架12的一侧，所述U形架22固定安装在所述电动导轨21的输出块和所述活塞 20上，清洗溶液混合机构能够将去除杂质的溶液均匀注射入混液筒 17内，从而与水进行均匀混合，能够更好的去除设备内的杂质，在操作上也较为省力。
所述活塞20上固定贯穿安装有气管23，所述导液管19上设置有第一单向阀24，所述气管23上设置有第二单向阀25。
本实施例中：
由于长期使用，较多的杂质残留在设备内部，例如磨球表面物和水垢等，此时人们需要加入软化剂等能够去除杂质的溶剂，这时首先启动电动导轨21驱动U形架22上升，从而带动活塞20上移，此时气管23上升第二单向阀25进气，当活塞20运动至储液筒18最上方时通过一侧进液斗进行导入溶液；
混合溶液时，关闭两个第一流量阀10和主水泵7，打开两个第二流量阀16和备用水泵13，此时水经过混液筒17，同时均匀启动电动导轨21驱动活塞20下滑，活塞20将溶液通过导液管19上的第一单向阀24配合注入混液筒17内，从而与水进行均匀混合，能够更好的去除设备内的杂质。
与相关技术相比较，本发明提供的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置具有如下有益效果：
本发明提供一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法和装置，通过在一侧设置备用水泵13能够在需要进行去除设备杂质时进行另一套循环系统，清洗溶液混合机构能够将去除杂质的溶液均匀注射入混液筒17内，从而与水进行均匀混合，能够更好的去除设备内的杂质，在操作上也较为省力。
需要说明的是，本发明的设备结构和附图主要对本发明的原理进行描述，在该设计原理的技术上，装置的动力机构、供电系统及控制系统等的设置并没有完全描述清楚，而在本领域技术人员理解上述发明的原理的前提下，可清楚获知其动力机构、供电系统及控制系统的具体。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，包括：首先将磨球奥氏体化后放入热处理滚筒循环水中水冷，经水冷热处理后磨球温度处于贝氏体转变温度区间，取出磨球，放入保温炉进行等温回火，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
具体步骤如下：
步骤1、首先将磨球在780～960℃进行奥氏体化；
步骤2、将步骤1的奥氏体化后的磨球放入到滚筒内的循环水中水冷，连续等温淬火热处理后磨球温度为200～320℃时，取出磨球，放入保温炉等温回火2～4小时，保温炉温度255～265℃，得到马氏体、贝氏体、奥氏体磨球；
步骤3、步骤2中直径40～80mm磨球每个温区保温120～160min，直径90～100mm磨球每个温区保温160～200min，直径大于100mm磨球每个温区保温200～240min；
所述马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法还包括采用马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理的装置进行处理，所述马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理的装置包括：螺旋滚筒、滚筒支架、动力机构、水位控制机构和水温控制机构，所述螺旋滚筒转动安装在所述滚筒支架上，所述动力机构包括变速器和调速电机，所述变速器固定安装在所述调速电机的输出端上，所述变速器和所述调速电机均与所述滚筒支架固定连接，所述变速器和所述螺旋滚筒通过动力件连接，所述水位控制机构和水温控制机构包括水箱、主水泵、主进水管和主排水管，所述水箱和所述主水泵均设置在所述滚筒支架上，所述主进水管和所述主排水管分别固定连通在所述水箱、主水泵和滚筒支架上。
2.根据权利要求1所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述螺旋滚筒上设置有感应器，所述主进水管和所述主排水管上均设置有第一流量阀，所述滚筒支架的一侧设置有控制箱。
3.根据权利要求2所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述滚筒支架的一侧设置有框架，所述框架上设置有备用导液机构和清洗溶液混合机构。
4.根据权利要求3所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述备用导液机构包括备用水泵、副进水管和副排水管，所述备用水泵固定安装在所述框架的一侧，所述副进水管和所述副排水管分别固定连通在所述备用水泵的进水端和排水端上，所述副进水管和所述副排水管分别与所述主进水管和所述主排水管固定连通。
5.根据权利要求4所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述副进水管位于所述主进水管上所述第一流量阀的上游，所述副排水管位于所述主排水管上所述第一流量阀的下游，所述副进水管和所述副排水管上均设置有第二流量阀。
6.根据权利要求5所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述清洗溶液混合机构包括混液筒、储液筒、导液管、活塞、电动导轨和U形架，所述混液筒设置在所述副排水管上并位于所述框架内，所述储液筒固定安装在所述框架内并位于所述混液筒的上方，所述导液管固定连通在所述混液筒的顶部和所述储液筒的底部，所述活塞密封滑动在所述储液筒内，所述电动导轨固定安装在所述框架的一侧，所述U形架固定安装在所述电动导轨的输出块和所述活塞上。
7.根据权利要求6所述的马氏体、贝氏体、奥氏体磨球连续等温淬火热处理方法，其特征在于，所述热处理方法所采用的装置中的所述活塞上固定贯穿安装有气管，所述导液管上设置有第一单向阀，所述气管上设置有第二单向阀。
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