CN101586225B - 一种真空淬火方法及所用的真空淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空淬火方法及所用的真空淬火装置，本发明将需要淬火的零部件装入抽真空的炉管中加热；淬火时将炉管翻转，使炉管的管口完全沉入淬火槽的水中，打开密封法兰，使零部件在与空气隔绝状态下由炉管直接落入淬火液中进行淬火。本发明采用翻转机构实现快速转移，由现有的转移时间12秒，缩短至转移时间小于或等于3秒。本发明在加热和冷却过程中零部件均不接触空气，成功解决了零部件受氧、氢、碳、氮污染的问题。本发明在冷态时的极限真空可达1.0×10^-3Pa，950℃保温时的工作真空可达3.2×10^-3Pa。本发明还具有操作简单，自动化程度高，实用性强的特点。

Description

一种真空淬火方法及所用的真空淬火装置

技术领域

本发明涉及一种真空淬火方法及所用的真空淬火装置，属于真空淬火技术领域。

背景技术

钛合金具有密度小，强度高的特点，广泛运用于航空、航天设备。但钛合金在热处理时，对热处理设备的要求极其严格，在热处理过程中要求零部件受到氧、氢、碳、氮的污染程度最小，并保证零件热处理后满足有关规定。现有技术中对钛合金进行热处理的设备优先采用真空炉，要求真空炉内的绝对压强不大于7×10^-2Pa。钛合金固溶热处理要求转移时间小于6秒。但目前，用于钛合金淬火的真空水淬炉的真空度要求和转移时间都不能满足使用的要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种真空淬火方法及所用的真空淬火装置，以满足钛合金在热处理时对真空度的要求和转移时间的要求，并保证产品在淬火过程中不直接与空气接触，避免淬火零部件受氧污染。

本发明是这样实现的：本发明的一种真空淬火方法为，该方法是将需要淬火的零部件装入抽真空的炉管中加热；淬火时将炉管翻转，使炉管的管口完全沉入淬火槽的淬火液中，打开密封法兰，使零部件在与空气隔绝状态下由炉管直接落入淬火液中进行淬火。

上述的真空淬火方法中，所述炉管的加热是通过可移动的淬火炉对炉管进行加热；加热时淬火炉前移，使炉管伸入淬火炉内加热；淬火时淬火炉后移，使炉管从淬火炉内退出，使炉管能够翻转。

用于本发明的方法的一种真空淬火装置为：其构成包括炉管，炉管一端封闭，另一端开口；炉管的开口端设有密封法兰，炉管开口端的下方设有淬火槽，炉管封闭端设有淬火炉；炉管与翻转机构连接，炉管一侧设有真空泵。

上述的真空淬火装置中，所述翻转机构的构成包括设在淬火槽一端的支撑杆，支撑杆与炉管铰接，炉管上设有支板，支板与设在淬火槽两侧的翻转液压缸的活塞杆连接，翻转液压缸的缸体与淬火槽连接。

前述的真空淬火装置中，所述淬火炉下部设有炉体滚轮，炉体滚轮与炉体轨道滚动连接，炉体轨道一端设有炉体挡板，炉体挡板与炉体移动缸的缸体连接，炉体移动缸的活塞杆与淬火炉连接。

前述的真空淬火装置中，所述真空泵下部设有泵滚轮，泵滚轮与泵轨道滚动连接，泵轨道一端设有泵挡板，泵挡板与泵移动缸的缸体连接，泵移动缸的活塞杆与真空泵连接。

前述的真空淬火装置中，所述炉管的中段设有密封台阶，在密封台阶与炉管的开口端之间设有两个冷却水套；在两个冷却水套之间设有真空接口、支板和连接座。

前述的真空淬火装置中，所述淬火炉的构成包括炉壳，炉壳上设有炉体口，淬火炉的上方设有活动炉盖，活动炉盖上设有热电偶；炉壳内设有炉衬，炉衬形成的空腔内设有加热器。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，现有技术的卧式内热式真空炉，转移时间在12s左右，达不到完全固溶的效果，时效后强度不能满足产品的技术要求。本发明成功解决了转移时间短的瓶颈问题。本发明采用翻转机构实现快速转移，由现有的转移时间12秒，缩短至转移时间小于或等于3秒。本发明在加热和冷却过程中零部件均不接触空气，成功解决了零部件受到氧、氢、碳、氮的污染。产品在加热时为真空或氩气保护加热，在冷却时，炉罐翻转至20度时产品不会掉出来，炉口沉入淬火液后，回充大于1个大气压的氩气冲开炉门，继续翻转至45～60度，产品掉入淬火槽中进行冷却。在整个翻转过程中，产品隔绝了空气，切断了空气来源。本发明在冷态时的极限真空可达1.0×10^-3Pa，950℃保温时的工作真空可达3.2×10^-3Pa。满足进行真空固溶热处理时，真空炉内绝对压强允许不大于2.7Pa，或依靠限量渗入氩气(或氦气)维持在1.33×10^-1Pa～13.3Pa范围。本发明还具有操作简单，一次性投资少；设备稳定化和自动化程度高，实用性强等优点。本发明也可用于作为黑色金属材料的水淬、油淬及退火设备。本发明装置的保温性能好，热量损失低的特点，节能效果明显。本发明开创了真空淬火炉的新发展方向，是钛合金真空淬火炉发展的一个新起点，采用本发明将促进真空热处理炉的快速发展，使钛合金及其制品在工业制造中扮演越来越重要的角色。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明翻转时的示意图；

图3是本发明炉管的结构示意图；

图4是本发明淬火炉的结构示意图。

附图中的标记为：1-炉管，2-密封法兰，3-淬火槽，4-淬火炉，5-真空泵，6-支撑杆，7-支板，8-翻转液压缸，9-炉体滚轮，10-炉体轨道，11-炉体挡板，12-炉体移动缸，13-泵滚轮，14-泵轨道，15-泵挡板，16-泵移动缸，17-波纹管，20-法兰，21-密封台阶，22-冷却水套，23-真空接口，24-连接座，25-炉壳，26-炉体口，27-活动炉盖，28-热电偶，29-炉衬，30-加热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

本发明的实施例：实施本发明的一种真空淬火方法时，如图1和图2所示，将需要淬火的零部件装入抽真空的炉管中加热；淬火时将炉管翻转，使炉管的管口完全沉入淬火槽的淬火液中，打开密封法兰，使零部件在与空气隔绝状态下由炉管直接落入淬火液中进行淬火。炉管的加热是通过可移动的淬火炉对炉管进行加热；加热时淬火炉前移，使炉管伸入淬火炉内加热；淬火时淬火炉后移，使炉管从淬火炉内退出，使炉管能够翻转。

具体的说：是如图1所示，在淬火槽3的一侧设有用支撑杆6支撑着一个可以翻转的炉管1，在炉管1的尾端设有一个通过炉体移动缸12带动的可以在炉体轨道10上移动的淬火炉4对炉管1进行加热。加热前，炉管1一侧的真空泵5经波纹管17与炉管1上的真空接口23软性连接，将炉管1内的空气抽出，以达到需要的真空度，极限真空度可达到5×10^-3Pa。加热时，淬火炉4套住炉管1的大部份，使炉管1上的密封台阶21紧靠着淬火炉4上的炉体口26边缘，起到定位和密封作用。然后接通淬火炉4内的加热器30电源，对炉管1伸入淬火炉内的部分进行加热，使炉管1内的零部件也同时被加热。当加热温度达到淬火温度(淬火温度是通过淬火炉上的热电偶测温，再通过显示装置显示的)，并保温足够时间后，切断加热电源。通过炉体移动缸12带动淬火炉4沿炉体轨道10后移，使炉管1从淬火炉4内移出。然后将炉管1上真空接口23的阀门(图中未显出)关闭，打开真空泵5经波纹管17与真空接口23的软连接，通过泵移动缸16拉动真空泵5远离炉管1。再接通翻转液压缸8使炉管1翻转，炉管1在进行翻转时，以支撑杆6与连接座24的连接点为支点旋转，使炉管1管口沉入淬火槽3中淬火液的液体内，然后打开炉管1管口上密封法兰2的密封螺栓，再将炉管1上的真空接口23与氩气管道(图中未显示)连接，对炉管1充氩气，氩气会将炉管1管口上的密封法兰2冲开，使炉管1中的需要淬火的零部件直接滑落至淬火液中，在整个淬火过程中使零部件无法与空气接触，以达到真空淬火的目的，避免零部件在淬火过程中被氧化。

上述真空淬火方法所用的真空淬火装置，其构成包括炉管1，炉管1采用ZGCr25Ni20Si2钢管而成，厚度15mm，内壁光洁度Ra6.3。炉管1一端封闭，炉管1的封闭端采用一次性冲压成型封头结构，受热变形小、使用寿命长。炉管1一端封闭，另一端开口；炉管1的中段设有密封台阶21，在密封台阶21与炉管1的开口端之间设有两个冷却水套22；在两个冷却水套22之间设有真空接口23、支板7和连接座24。密封台阶21与炉体口26结合，炉管1开口端设有法兰20，法兰20与密封法兰2连接，与密封法兰2连接的一端为出料口，出料口端带法兰密封螺栓四件。在密封台阶21与炉管1的开口端之间设有两个冷却水套22；在两个冷却水套22之间设有真空接口23、氩气接口(图中未示出)、支板7和连接座24，连接座24上带轴承。

炉管1一端封闭，另一端开口；炉管1的开口端设有密封法兰2，密封法兰2带水冷却，进出水咀方向与炉管长度方向垂直，带四个螺栓开口，手动操作。炉管1开口端的下方设有淬火槽3，炉管1封闭端设有淬火炉4；炉管1与翻转机构连接，炉管1一侧设有真空泵5。翻转机构采用不锈钢材料，翻转采用液压，转角45～60度；翻转机构的构成包括设在淬火槽3一端的支撑杆6，支撑杆6经连接座24与炉管1铰接，连接座24上带轴承。炉管1上设有支板7，支板7与设在淬火槽3两侧的翻转液压缸8的活塞杆铰接，翻转液压缸8的缸体与淬火槽3铰接。翻转液压缸8的行程通过行程开关控制。淬火炉4下部设有炉体滚轮9，炉体滚轮9与炉体轨道10滚动连接，炉体轨道10一端设有炉体挡板11，炉体挡板11与炉体移动缸12的缸体连接，炉体移动缸12的活塞杆与淬火炉4连接。通过炉体移动缸12可以使淬火炉4在炉体轨道10上前后移动，炉体移动缸12的行程通过行程开关控制。真空泵5下部设有泵滚轮13，泵滚轮13与泵轨道14滚动连接，泵轨道14一端设有泵挡板15，泵挡板15与泵移动缸16的缸体连接，泵移动缸16的活塞杆与真空泵5连接。通过泵移动缸16可以使真空泵5在泵轨道14上前后移动，泵移动缸16的行程通过行程开关控制。

淬火炉4的构成包括炉壳25，炉壳25上设有炉体口26，淬火炉4的上方设有活动炉盖27，活动炉盖27上设有热电偶28；炉壳25内设有炉衬29，炉衬29形成的空腔内设有加热器30。

炉壳25采用卧式结构，炉壳用型钢和板材组焊而成长方体架体，炉壳钢板组焊于架体上，架体下方带有炉体滚轮9。炉衬29采用新型的节能材料砌筑；炉体四周为全纤维结构，全纤维采用优质高纯铝硅酸铝耐火纤维模块(折叠压缩成形)，其容重230kg/m³，用锚固件固定在炉壳25上，具有热损失小、可靠耐用、节能显著等优点；首先在炉壳25上错缝平铺两层耐火纤维毯作为绝热垫层，而后安装高纯铝耐火纤维模块，并用耐热钢锚固件将其锚固于炉壳25上制作成全纤维炉衬，最后在纤维表面喷涂一层高温固化剂。炉衬29形成的空腔内设有加热器30。加热器30采用裸露式电加热辐射管，鼠笼状电阻丝及陶瓷芯组成，裸露式电加热管共12支，电阻丝材质为0Cr21AL6Nb，电阻丝选取较小的表面负荷，以延长使用寿命；加热元件的布置根据炉口、中部及后部的不同特点，布置不同的功率密度，以确保炉温均匀性。

本发明的控制***均采用现有技术中的控制***，所用的控制***包括电控***、温控***、真空控制***和可编程序控制器(PLC)组成的机械动作程序控制，可实现自动化程序控制及手动控制。温控***采用两表制控温(即由日本进口仪控温，中长图记录仪记录温度兼作超温报警)，固态继电器PID调功真空控制***主要对真空机组、真空计、充气***等进行控制，控制柜上设有模拟板，可直观的显示真空炉的工作状态。真空炉有故障的自诊断功能。可编程序控制器(PLC)主要对真空炉炉体移动、真空***移动、机械泵、扩散泵、电磁阀、翻转机构、循环泵等机械动作进行PLC控制，可编程序控制器采用CPM2控制器，对机械动作进行控制，可实现抽真空、真空阀开闭、各机械动作等动作的全自动控制。淬火槽：主要由槽体、循环***、排水装置、料筐及升降机构。

Claims (1)

1.一种真空淬火方法，其特征在于：该方法是将需要淬火的零部件装入抽真空的炉管中加热；淬火时将炉管翻转，使炉管的管口完全沉入淬火槽的水中，打开密封法兰，使零部件在与空气隔绝状态下由炉管直接落入淬火液中进行淬火，所述炉管的加热是通过可移动的淬火炉对炉管进行加热；加热时淬火炉前移，使炉管伸入淬火炉内加热；淬火时淬火炉后移，使炉管从淬火炉内退出，使炉管能够翻转；用于该方法的真空淬火装置，其构成包括炉管(1)，炉管(1)一端封闭，另一端开口；炉管(1)的开口端设有密封法兰(2)，炉管(1)开口端的下方设有淬火槽(3)，炉管(1)封闭端设有淬火炉(4)；炉管(1)与翻转机构连接，炉管(1)一侧设有真空泵(5)，所述翻转机构的构成包括设在淬火槽(3)一端的支撑杆(6)，支撑杆(6)与炉管(1)铰接，炉管(1)上设有支板(7)，支板(7)与设在淬火槽(3)两侧的翻转液压缸(8)的活塞杆连接，翻转液压缸(8)的缸体与淬火槽(3)连接，所述淬火炉(4)下部设有炉体滚轮(9)，炉体滚轮(9)与炉体轨道(10)滚动连接，炉体轨道(10)一端设有炉体挡板(11)，炉体挡板(11)与炉体移动缸(12)的缸体连接，炉体移动缸(12)的活塞杆与淬火炉(4)连接，所述真空泵(5)下部设有泵滚轮(13)，泵滚轮(13)与泵轨道(14)滚动连接，泵轨道(14)一端设有泵挡板(15)，泵挡板(15)与泵移动缸(16)的缸体连接，泵移动缸(16)的活塞杆与真空泵(5)连接，所述炉管(1)的中段设有密封台阶(21)，在密封台阶(21)与炉管(1)的开口端之间设有两个冷却水套(22)；在两个冷却水套(22)之间设有真空接口(23)、支板(7)和连接座(24)，所述淬火炉(4)的构成包括炉壳(25)，炉壳(25)上设有炉体口(26)，淬火炉(4)的上方设有活动炉盖(27)，活动炉盖(27)上设有热电偶(28)；炉壳(25)内设有炉衬(29)，炉衬(29)形成的空腔内设有加热器(30)。

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