CN1418971A - 金属工件热处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

已公开的金属工件热处理(20)的方法和装置的缺点是，在用气体淬火时均匀性不够，并且经常产生有变形应力的冷却。为提供一种金属工件(20)的热处理方法及装置，用之也能够对细长的或者突起的可堆叠形式的金属工件(20)进行不变形的气体淬火，根据方法，在事先加热后在淬火室(10)中借助于有封闭的外壳表面并且沿淬火气体的气流方向包绕工件的导向通道(30)有目的地用淬火气体环流工件。此外还提出一种采用淬火室(10)对金属工件进行热处理的装置，在其中可用淬火气体冷却工件(20)，该装置的特征在于，设有导向通道(30)以有目的地用淬火气体环流工件(20)，导向通道(30)有封闭的外壳表面并且沿淬火气体的气流方向包绕工件(20)。

Description

金属工件热处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种金属工件，特别是细长的或者突起堆叠形式的金属工件的热处理方法，在事先加热之后把工件在淬火室中用淬火气体冷却。本发明还涉及一种可以实施所述方法的装置。

发明背景

为了产生一定的工件特性，如较高的硬度或者足够的耐磨强度，需要对工件进行热处理。热处理的结果是工件材料结构的改变，例如高碳奥氏体薄板的面心立方体γ晶格改变成铁氧体薄板的体心立方体α晶格。除了温度和原始组织，对处理结果有特别影响的是加热的工件的冷却速度，及为此采用的淬火介质的种类。按冷却速度上升的次序列举，采用的淬火介质主要有气体、油或者水。

为了在用气体淬火时达到与用油或水近于相同的淬火强度，要求较高的气流速度。为此公开了，设计喷嘴，用之能够得到相应高的气流速度并且从而得到大体上足够的高于1000W/m²K的热转化系数。例如EP0 796 920A1公开了一种用于金属工件淬火的设有喷嘴的装置。这种有一个由喷嘴，可更换式喷嘴板组成喷嘴区的装置通过喷嘴板和/或者一个承载工件的条栅可转动或摆动的布置，虽然可以使喷嘴区和工件相对运动，并且从而相当均匀地冲击工件，但是缺点是在工件上出现气流扩散和湍流。这导致工件表面不均匀地冷却，从而出现张力，结果可能会变形甚至断裂。首先是细长形的工件，例如轴，或者这种突起堆叠的组件，例如滚动承环或者齿轮组，变形会特别地明显并且由于大多公差很小使这些工件成为从经济角度来说不令人满意的废品。

为了能够系统地控制气流，在现有技术中公开了设计导板，用这种导板例如可以把即使处在气流死角中的工件表面也可以受到淬火气体冲击；但是这种措施并不令人满意。除了把导板按各个工件的几何形状进行相应调整的成本较高外，导板防止不了气流触及工件时出现涡流，这损害一批相邻工件的冷却，并且从而引起变形。

发明内容

本发明的任务是提供一种金属工件热处理的方法及装置，用之也能够对细长的或者突起堆叠形式的金属工件进行不变形的气体淬火。

该任务是用前序部分所述的特征根据发明如此解决的：借助于有封闭外壳表面并且沿淬火气体的气流方向包绕工件的导向通道有目的地用淬火气体环流工件。

这样一种方法的特点是，只要把各个工件或者相互要堆叠的一批要冷却的工件通过导向通道彼此隔开，就可以达到利用淬火气体对工件进行无变形冷却。因为以此方式在导向通道中形成平行于工件轴线环流全部工件表面的气流，并且不受相邻工件的影响而得到均匀的冷却。

如果在加热前用导向通道罩住各个或者要相互堆叠的工件是适宜的。以此方式把导向通道和工件一起进行热处理。虽然这种措施要求用适当耐热的材料制造导向通道，但是具有这样的优点：导向通道可以在工件还冷的时候封闭工件，放进常规的淬火室中，或者就在热处理炉中对工件淬火。

可选择地把导向通道安在淬火室中布置在各个或者相互堆叠的事先加热的工件上，以避免防碍加热工件。这里，特别优越的是，在淬火室中把导向通道电动地、液压地、或者气动地从一或者两侧优选地从上和/或下行驶到工件上，从而在淬火室的有限空间中也能够保证顺利的运转。

为了解决上述的任务，此外还提出一种用淬火室对金属工件进行热处理的装置，在淬火室中用淬火气体冷却工件，该装置的特征在于，设有导向通道以有目的地用淬火气体环流工件，导向通道有封闭的外壳表面并且沿淬火气体的气流方向包绕工件。

以这样方式构成的装置可以实施根据本发明的方法。因为封闭的导向通道壳面，工件沿淬火气体的气流方向受到全面的包绕并且与要冷却批料的相邻工件隔开。结果是，在导向通道中出现很大程度上分层的、不受相邻工件影响的气流，所述气流强烈且均匀地冷却工作。

如果导向通道的长度至少与各个或者要相互堆叠的工件的高度相应，是特别优越的。因为以此方式在气流碰撞在工件上不可避免地出现的淬火气体涡流得到引导，从而降低了相邻工件环流作用的影响。在这种角度上特别有益的是，导向通道的长度这样确定，使各个或者要相互堆叠的工件的高度超过工件的半个直径或者宽度。

根据本发明的装置的另一个优选实施例中，导向通道的形状是柱体的，优选地有圆形、矩形或者多边形的截面，或者与受冷却工件的几何形状相匹配，以便一方面便于加工成本低廉，另一方面通过在导向通道内面和工件之间的狭窄距离确定的高气流速度保证强有力的淬火。

在操作便利的角度上，把导向通道彼此连接成一个通道系统是适宜的，从而可把导向通道整体放在各个或者要堆叠的工件上。如果根据本发明的另一个优选的扩展，在淬火室安排优选地电动的、液压的或者气动的可以移动导向通道的装置，例如可以从上降到工件上的通道系统，这特别会起到作用。优选地在此导向通道是可更换的，以确保适应不同的工件的几何形状。

在本发明的扩展中还提出，淬火室有一个淬火气体的入口，此口密闭地贴放在导向通道上，其优点是：输往淬火室的气流只流入导向通道中，并不经过工件或者各个导向通道之间。此外按此方式把流通的量降到最少，结果保持高的气流速度，从而得到高的淬火强度。最后提出，用一种耐热的材料组成导向通道，优选用钢、铁或者镍合金组成，为了例如在工件热处理之前就可以将其包绕。

附图简述

本发明主题的细节和其它优点由下面对优选实施例的说明给出。在各附图中：

图1一个上行通道系统的淬火室示意图；

图2图1所示淬火室通道系统下降在工件上的示意图；

图3由相互连接的通道组成的图2所示的通道系统的示意侧视图；

图3a图3所示的通道系统的俯视图；

图4单个的，放在工件上的导向通道的侧视图；以及

图4a图4所示导向通道的俯视图。

符号表：

10淬火室11格栅12马达13鼓风机14气体通道15活门16热交换器

20工件30导向通道31通道系统32空心柱体33空心柱体35入口a距离

实施例详述

图1和图2所示的淬火室10是用于热处理金属工件20的装置的部分，并且例如安排在一个辊底加热炉的末端。淬火室可以这样构成，使之可以在真空中也可以在大气中或者高压中运转。在淬火室10中有一个承载事先加热后冷却的工件20的格栅11，所述的格栅使得可以在淬火室10中竖直地循环淬火气体。为了循环淬火气体在格栅11下面安排一个用马达12驱动的鼓风机13。在淬火室10之外，淬火气体在图1和2中箭头所示的流动方向引导通过气体通道14。此外在淬火室10的上面和下面安排活门15，到鼓风机13达到其所需的转数时，所述的活门阻止淬火气体的循环。

在活门15开启时，得到一种循环，其中淬火气体从鼓风机13通过气体通道14进入淬火室10并经工件20和按流动方向安排在鼓风机13前面的热交换器16流回鼓风机13，热交换机把淬火气体重新冷却。

为了达到对工件20有目标的环流，设有用耐热材料制造的导向通道30，它有封闭的壳面并且沿淬火气体的流动方向包绕工件20。导向通道30在此可以通过一种关联的、栅格样的通道系统31构成，由此把导向通道30相互连接，如图3及图3a所示。可选择地导向通道30还可以构成单个的空心柱32、33，具有例如圆形的或者矩形的截面。这样的结构形式在图4和图4a中可以看出。导向通道30的长度是这样确定的，使单个的或者要堆叠的工件20的高度超过距离a，如图3和图4所见。这里距离a相当于工件20的半径或者宽度。

导向通道30可以或者在把工件放进淬火室10之前放在工件20上，例如在装料时，也可以在把工件放进淬火室10之后放在工件上。后者见图1和图2。作为相关联的通道系统31构成的导向通道30在此情况下借助于液压缸34可调节高度地安排在淬火室10中，如通过图1和2中的双箭头所示。以此方式可以在把工件20放进淬火室10中以后从上面把通道系统31放在工件20上。为了能够进行不同几何形状的工件的装料，这里通道系统31是可以更换地固定在液压缸34上。此外，在淬火室10的上部设有一个入口35，它把通道系统31对淬火室10的内部空间密封，从而在淬火室10中循环的淬火气体只流过导向通道30，而不在工件装料之外旁流。

上述装置特别适用于细长形或者突起的可堆叠形式的工件20，例如轴或者相互堆叠的，有效地和无变形地淬火。在原因上，为此是通过导向通道30起作用的高气流速度和淬火气体的层流。通过通道系统31的高度可调节的安排还确保了便于操作和符合程序的工艺控制。不仅是通过设置不同构成的导向通道30，还有主要为此目的布置可更换通道系统31的可能性，就可以达到对各种工件形状和大小的适应，而不需要高成本的改装工作。

Claims (13)

1.热处理金属工件(20)，特别是细长的或者突起的可堆叠形式的金属工件的方法，其中在事先加热之后把工件(20)在淬火室(10)中用淬火气体冷却。其特征在于，工件(20)借助于和沿淬火气体的流动方向包绕工件(20)的具有封闭外壳表面的导向通道(30)有目标地受到淬火气体的环流。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热前把导向通道(30)放在单个或者相互堆叠的工件(20)上。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于，导向通道(30)在淬火室(10)中安排在单个或者相互堆叠的事先加热的工件(20)上。

4.权利要求2所述的方法，其特征在于，导向通道(30)在淬火室(10)中从一侧或者两侧，优选地从上和/或下行驶到工件(20)上

5.热处理金属工件(20)的装置，尤其是实施权利要求1至4之一所述方法的装置，具有一个淬火室(10)，工件(20)在其中用淬火气体冷却，其特征在于，

为了有目标地用淬火气体环流工件(20)设有导向通道(30)，它们有一个封闭的外壳表面并且沿淬火气体的气流方向包绕工件(20)。

6.权利要求5所述的装置，其特征在于，导向通道(30)的长度至少相当于单个的或者要相互堆叠工件(20)的高度。

7.权利要求6所述的装置，其特征在于，导向通道(30)的长度超过单个的或者要相互堆叠工件(20)的高度以超过工件(20)的半径或者宽度。

8.权利要求5至7之一所述的装置，其特征在于，导向通道(30)的形状是柱形，优选为圆形(32)的、矩形的(33)或者多边形的截面，或者与要冷却的工件(20)的几何形状适应。

9.权利要求5至8之一所述的装置，其特征在于，导向通道(30)相互连接成一个通道系统(31)。

10.权利要求5至9之一所述的装置，其特征在于，导向通道(30)优选电动，液压或者气动可运动地安排在淬火室(10)中。

11.权利要求10所述的装置，其特征在于，导向通道(30)是可更换的。

12.权利要求5至11之一所述的装置，其特征在于，淬火室(10)有一个淬火气体的入口(35)，它密闭地接在导向通道(30)上。

13.权利要求5至12之一所述的装置，其特征在于，导向通道(30)由一种耐热的材料组成，优选用钢、铁或者镍合金组成。