可移動(dòng)新型淬火機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用

郭 雋

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

0 引言

熱處理是通過(guò)一定加熱、保溫和冷卻等手段，改變金屬外界條件，使金屬組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分發(fā)生預(yù)期的變化，改善金屬性能的一種工藝方法，熱處理使鋼中發(fā)生一系列固態(tài)轉(zhuǎn)變，如原子擴(kuò)散、相變及固溶體中溶質(zhì)溶解的變化等。促使鋼轉(zhuǎn)變的手段包括加熱、保溫和冷卻。

金屬熱處理中冷卻方法主要有空冷和介質(zhì)冷卻。空冷是把加熱后的試樣置于一定的溫、濕度條件下的空氣中自然冷卻。而介質(zhì)冷卻（淬火），就是將加熱到奧氏體狀態(tài)下的試樣淬入冷卻介質(zhì)激冷，使試樣的冷卻速度大于外界冷卻速度，以獲得馬氏體。冷卻介質(zhì)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是淬火過(guò)程中發(fā)生物理變化的介質(zhì)，如水、水溶液及油類(lèi)等。另一類(lèi)是淬火過(guò)程中不發(fā)生物態(tài)變化（變化較少）的介質(zhì)，如熔鹽、溶堿等。

鋼的淬火是使鋼獲得馬氏體組織，其難點(diǎn)在于控制適宜的冷卻速度和確保冷卻的均勻性。淬火方式分為人工和設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用設(shè)備淬火，一般采用固定淬火設(shè)備，設(shè)備體積龐大，無(wú)法移動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與不同加熱設(shè)備的近距離接觸，造成試樣熱損失較大，且試樣不能在冷卻介質(zhì)中轉(zhuǎn)動(dòng)，造成冷卻不均勻，淬透性不好。

1 結(jié)構(gòu)、工作原理及選型設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)

可移動(dòng)新型淬火機(jī)本體包括淬火機(jī)本體底面上一側(cè)的油箱，油箱上部設(shè)有液壓泵；淬火機(jī)本體底面上另一側(cè)的淬火裝置；淬火機(jī)本體頂面上部的控制器；連接液壓泵、油箱和淬火裝置的連接管件；油箱內(nèi)部設(shè)有加熱管和熱電偶；控制器連接液壓泵、加熱管和熱電偶；淬火裝置包括安裝在淬火裝置底面一側(cè)和相鄰側(cè)壁的噴液裝置；淬火裝置底面上緊靠噴液裝置設(shè)有底板，噴液裝置沿底板方向均布數(shù)個(gè)水平設(shè)置的噴嘴；淬火裝置底面上與噴液裝置相對(duì)的另一側(cè)設(shè)有擋板（見(jiàn)圖1）。

1.2 工作原理

使用時(shí)，將淬火機(jī)滑動(dòng)到試樣加熱爐旁，啟動(dòng)液壓泵使介質(zhì)在油箱和淬火裝置之間循環(huán)，啟動(dòng)控制器對(duì)油箱介質(zhì)進(jìn)行加熱，設(shè)定介質(zhì)所需要的溫度，待溫度加熱到預(yù)設(shè)溫度后，將試樣從淬火裝置該液壓泵從油箱中吸入冷卻介質(zhì)并將其通過(guò)連接管件輸送至淬火裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)的流動(dòng)速度和回油速度，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱管的加熱溫度和加熱時(shí)間可調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度，從而控制試樣冷卻速度，滿足試樣不同的冷卻速度要求；熱電偶檢測(cè)介質(zhì)溫度并反饋到控制器，通過(guò)控制器的數(shù)顯表顯示該實(shí)時(shí)溫度；噴液裝置上平均分布多個(gè)噴嘴，冷卻介質(zhì)通過(guò)液壓泵進(jìn)入噴液裝置后從噴嘴處均勻噴出，在介質(zhì)由噴液裝置到達(dá)試樣的直接作用力和由擋板反彈的反方向作用力的共同作用下，試樣在介質(zhì)中均衡地懸浮和旋轉(zhuǎn)，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。

圖1 可移動(dòng)淬火機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.3 選型設(shè)計(jì)

1.3.1 液壓泵的選擇

液壓泵要保證油箱中的冷卻介質(zhì)能夠在油箱和淬火裝置循環(huán)的前提下，使冷卻介質(zhì)從噴嘴中噴出，滿足試樣能夠在淬火裝置中滾動(dòng)。選擇揚(yáng)程為5 m的液壓泵做實(shí)驗(yàn)，從噴嘴噴出的冷卻介質(zhì)不能吹動(dòng)試樣，證明次揚(yáng)程的泵太小。剛好有揚(yáng)程為11 m的液壓泵，遂更換此揚(yáng)程液壓泵試驗(yàn)，當(dāng)試樣放進(jìn)工作站里的底板中，從噴嘴噴出的冷卻介質(zhì)能夠迅速將試樣吹到擋板處，同時(shí)冷卻介質(zhì)也能夠在油箱和淬火裝置中循環(huán)流動(dòng)，證明此揚(yáng)程的液壓泵能夠滿足設(shè)計(jì)要求。再根據(jù)調(diào)整噴嘴的角度，擋板距離噴嘴的距離以及底板與擋板所形成的夾角，共同作用，保證試樣在淬火裝置中懸浮在冷卻介質(zhì)中滾動(dòng)。

1.3.2 加熱棒的選擇

加熱棒要滿足冷卻介質(zhì)在油箱和淬火裝置循環(huán)的過(guò)程中，快速地達(dá)到所需要的溫度。由于加熱棒是浸入在油箱中，所以選擇防水防腐蝕的加熱棒。電源選擇應(yīng)與控制器數(shù)顯表的輸出電源一致。

1.3.3 熱電偶的選擇

熱電偶要與控制器的數(shù)顯表相匹配。根據(jù)加熱的溫度范圍，選擇相應(yīng)類(lèi)型的熱電偶。由于熱電偶需要浸入到油箱中，所以熱電偶要加陶瓷保護(hù)套。

1.3.4 控制器的設(shè)計(jì)

控制器主要作用有控制液壓泵的啟停、控制加熱管的啟停、控制熱電偶，將熱電偶檢測(cè)到的信號(hào)反饋到控制器數(shù)顯表，數(shù)顯表控制加熱棒，達(dá)到設(shè)定的溫度值。液壓泵的啟停通過(guò)選擇匹配的啟動(dòng)停止按鈕，繼電器、接觸器及熱過(guò)載繼電器，在控制器中組成所需電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。加熱管的啟停以及控制熱電偶，都是通過(guò)選擇與本方案相匹配的開(kāi)關(guān)，數(shù)顯表來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.3.5 電源線的選擇

電源線應(yīng)滿足加熱棒及液壓泵的額定功率之和，且必須要加接地線。由于設(shè)備可移動(dòng)，電源線外要穿絕緣保護(hù)套管。

2 設(shè)備特點(diǎn)

2.1 多方式控制冷卻速度，以滿足不同淬火試樣的冷卻速度要求

（1）油箱內(nèi)部所設(shè)液壓泵為淬火機(jī)的動(dòng)力元件，該液壓泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓泵從油箱中吸入冷卻介質(zhì)并將其輸送至淬火裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)的流動(dòng)速度和回油速度，可以調(diào)節(jié)淬火試樣的冷卻速度。

（2）加熱管可使油箱內(nèi)介質(zhì)升溫，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱管的加熱溫度和加熱時(shí)間可調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度，從而控制試樣冷卻速度。

（3）控制器可控制液壓泵的啟動(dòng)和調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)噴液裝置中冷卻介質(zhì)的流動(dòng)和流速，從而調(diào)節(jié)淬火試樣的冷卻速度。

（4）控制加熱管22的啟動(dòng)和調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)顯示準(zhǔn)確的溫度數(shù)值，根據(jù)該溫度調(diào)節(jié)加熱管22加熱溫度和加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)淬火試樣的冷卻速度。

2.2 試樣冷卻均勻、良好淬透性

（1）噴液裝置能夠?qū)崿F(xiàn)試樣在冷卻介質(zhì)中均勻冷卻；噴嘴設(shè)置為平均分布的多個(gè)，冷卻介質(zhì)通過(guò)液壓泵進(jìn)入噴液裝置后從噴嘴處均勻噴出，試樣受到冷卻介質(zhì)均勻的推力，為試樣在介質(zhì)中懸浮和旋轉(zhuǎn)提供持續(xù)均衡的動(dòng)力，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。

（2）通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，噴嘴可設(shè)置為11個(gè)，設(shè)置11個(gè)噴嘴可使試樣在介質(zhì)中勻衡受力，具有良好的淬透性。

（3）底板主要用于支持試樣；噴液裝置的噴嘴下邊緣與底板上表面平齊，試樣受力后可沿底板上表面水平移動(dòng)，使試樣與噴嘴受到介質(zhì)的作用力方向和大小保持穩(wěn)定，使試樣冷卻均衡。從噴液裝置噴出的介質(zhì)到達(dá)擋板后向反方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)試樣施加反方向作用力，在介質(zhì)由噴液裝置到達(dá)試樣直接施加的作用力和該反方向作用力的共同作用下，試樣在淬火裝置中處于懸浮狀態(tài)并可旋轉(zhuǎn)，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。

2.3 方便操作，可移動(dòng)性強(qiáng)

（1）熱電偶檢測(cè)介質(zhì)溫度并反饋到控制器，通過(guò)控制器的數(shù)顯表顯示該實(shí)時(shí)溫度，為工作人員操作提供方便。

（2）淬火機(jī)本體下部安裝滑輪。滑輪支撐淬火機(jī)，使淬火機(jī)可移動(dòng)至加熱爐旁近距離淬火操作，為試樣的淬火操作提供方便，同時(shí)減少試樣暴露在外部環(huán)境的時(shí)間，減弱外部環(huán)境對(duì)試樣的影響，降低試樣在外部環(huán)境中的熱量損失。

2.4 減少介質(zhì)消耗

連接管件上設(shè)有溢油閥，使冷卻介質(zhì)在油箱與淬火裝置間可循環(huán)利用，減少介質(zhì)消耗，并使油箱與淬火裝置內(nèi)的介質(zhì)溫度保持一致。

3 注意事項(xiàng)

使用可移動(dòng)淬火機(jī)時(shí)，必須先將淬火機(jī)移動(dòng)到指定位置再進(jìn)行通電操作，防止觸電事故的發(fā)生。

在對(duì)油箱介質(zhì)進(jìn)行加熱時(shí)，同時(shí)打開(kāi)液壓泵電源，這樣反饋到數(shù)顯表的溫度值更加準(zhǔn)確。

4 小結(jié)

綜上所述，該淬火機(jī)可調(diào)節(jié)介質(zhì)的流動(dòng)速度和回油速度，調(diào)節(jié)加熱管的加熱溫度和加熱時(shí)間，從而調(diào)節(jié)介質(zhì)溫度，控制試樣冷卻速度。噴液裝置能夠?qū)崿F(xiàn)試樣在冷卻介質(zhì)中均勻冷卻，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。淬火機(jī)本體下部安裝滑輪，滑輪支撐淬火機(jī)，使淬火機(jī)可移動(dòng)至加熱爐旁近距離淬火操作，為試樣的淬火操作提供方便，同時(shí)減少試樣暴露在外部環(huán)境的時(shí)間，減弱外部環(huán)境對(duì)試樣的影響，降低試樣在外部環(huán)境中的熱量損失。使用本淬火機(jī)可實(shí)現(xiàn)淬火操作標(biāo)準(zhǔn)化，減少人為干擾因素，確保試驗(yàn)中相同的檢測(cè)參數(shù)，便于對(duì)比試樣檢測(cè)結(jié)果，確保了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少了重復(fù)操作，降低了檢測(cè)成本。