可移动新型淬火机的研发及应用

郭 隽

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津 300301）

0 引言

热处理是通过一定加热、保温和冷却等手段，改变金属外界条件，使金属组织结构和化学成分发生预期的变化，改善金属性能的一种工艺方法，热处理使钢中发生一系列固态转变，如原子扩散、相变及固溶体中溶质溶解的变化等。促使钢转变的手段包括加热、保温和冷却。

金属热处理中冷却方法主要有空冷和介质冷却。空冷是把加热后的试样置于一定的温、湿度条件下的空气中自然冷却。而介质冷却（淬火），就是将加热到奥氏体状态下的试样淬入冷却介质激冷，使试样的冷却速度大于外界冷却速度，以获得马氏体。冷却介质分为两大类，一类是淬火过程中发生物理变化的介质，如水、水溶液及油类等。另一类是淬火过程中不发生物态变化（变化较少）的介质，如熔盐、溶碱等。

钢的淬火是使钢获得马氏体组织，其难点在于控制适宜的冷却速度和确保冷却的均匀性。淬火方式分为人工和设备，现有技术中通常采用设备淬火，一般采用固定淬火设备，设备体积庞大，无法移动，无法实现与不同加热设备的近距离接触，造成试样热损失较大，且试样不能在冷却介质中转动，造成冷却不均匀，淬透性不好。

1 结构、工作原理及选型设计

1.1 结构

可移动新型淬火机本体包括淬火机本体底面上一侧的油箱，油箱上部设有液压泵；淬火机本体底面上另一侧的淬火装置；淬火机本体顶面上部的控制器；连接液压泵、油箱和淬火装置的连接管件；油箱内部设有加热管和热电偶；控制器连接液压泵、加热管和热电偶；淬火装置包括安装在淬火装置底面一侧和相邻侧壁的喷液装置；淬火装置底面上紧靠喷液装置设有底板，喷液装置沿底板方向均布数个水平设置的喷嘴；淬火装置底面上与喷液装置相对的另一侧设有挡板（见图1）。

1.2 工作原理

使用时，将淬火机滑动到试样加热炉旁，启动液压泵使介质在油箱和淬火装置之间循环，启动控制器对油箱介质进行加热，设定介质所需要的温度，待温度加热到预设温度后，将试样从淬火装置该液压泵从油箱中吸入冷却介质并将其通过连接管件输送至淬火装置，通过调节介质的流动速度和回油速度，通过调节加热管的加热温度和加热时间可调节介质温度，从而控制试样冷却速度，满足试样不同的冷却速度要求；热电偶检测介质温度并反馈到控制器，通过控制器的数显表显示该实时温度；喷液装置上平均分布多个喷嘴，冷却介质通过液压泵进入喷液装置后从喷嘴处均匀喷出，在介质由喷液装置到达试样的直接作用力和由挡板反弹的反方向作用力的共同作用下，试样在介质中均衡地悬浮和旋转，使试样上各部位冷却均衡，具有良好的淬透性。

图1 可移动淬火机结构图

1.3 选型设计

1.3.1 液压泵的选择

液压泵要保证油箱中的冷却介质能够在油箱和淬火装置循环的前提下，使冷却介质从喷嘴中喷出，满足试样能够在淬火装置中滚动。选择扬程为5 m的液压泵做实验，从喷嘴喷出的冷却介质不能吹动试样，证明次扬程的泵太小。刚好有扬程为11 m的液压泵，遂更换此扬程液压泵试验，当试样放进工作站里的底板中，从喷嘴喷出的冷却介质能够迅速将试样吹到挡板处，同时冷却介质也能够在油箱和淬火装置中循环流动，证明此扬程的液压泵能够满足设计要求。再根据调整喷嘴的角度，挡板距离喷嘴的距离以及底板与挡板所形成的夹角，共同作用，保证试样在淬火装置中悬浮在冷却介质中滚动。

1.3.2 加热棒的选择

加热棒要满足冷却介质在油箱和淬火装置循环的过程中，快速地达到所需要的温度。由于加热棒是浸入在油箱中，所以选择防水防腐蚀的加热棒。电源选择应与控制器数显表的输出电源一致。

1.3.3 热电偶的选择

热电偶要与控制器的数显表相匹配。根据加热的温度范围，选择相应类型的热电偶。由于热电偶需要浸入到油箱中，所以热电偶要加陶瓷保护套。

1.3.4 控制器的设计

控制器主要作用有控制液压泵的启停、控制加热管的启停、控制热电偶，将热电偶检测到的信号反馈到控制器数显表，数显表控制加热棒，达到设定的温度值。液压泵的启停通过选择匹配的启动停止按钮，继电器、接触器及热过载继电器，在控制器中组成所需电路来实现。加热管的启停以及控制热电偶，都是通过选择与本方案相匹配的开关，数显表来实现。

1.3.5 电源线的选择

电源线应满足加热棒及液压泵的额定功率之和，且必须要加接地线。由于设备可移动，电源线外要穿绝缘保护套管。

2 设备特点

2.1 多方式控制冷却速度，以满足不同淬火试样的冷却速度要求

（1）油箱内部所设液压泵为淬火机的动力元件，该液压泵由电机驱动，液压泵从油箱中吸入冷却介质并将其输送至淬火装置，通过调节介质的流动速度和回油速度，可以调节淬火试样的冷却速度。

（2）加热管可使油箱内介质升温，通过调节加热管的加热温度和加热时间可调节介质温度，从而控制试样冷却速度。

（3）控制器可控制液压泵的启动和调节，进而调节喷液装置中冷却介质的流动和流速，从而调节淬火试样的冷却速度。

（4）控制加热管22的启动和调节，实时显示准确的温度数值，根据该温度调节加热管22加热温度和加热时间，从而调节淬火试样的冷却速度。

2.2 试样冷却均匀、良好淬透性

（1）喷液装置能够实现试样在冷却介质中均匀冷却；喷嘴设置为平均分布的多个，冷却介质通过液压泵进入喷液装置后从喷嘴处均匀喷出，试样受到冷却介质均匀的推力，为试样在介质中悬浮和旋转提供持续均衡的动力，使试样上各部位冷却均衡，具有良好的淬透性。

（2）通过反复实验证明，喷嘴可设置为11个，设置11个喷嘴可使试样在介质中匀衡受力，具有良好的淬透性。

（3）底板主要用于支持试样；喷液装置的喷嘴下边缘与底板上表面平齐，试样受力后可沿底板上表面水平移动，使试样与喷嘴受到介质的作用力方向和大小保持稳定，使试样冷却均衡。从喷液装置喷出的介质到达挡板后向反方向运动，对试样施加反方向作用力，在介质由喷液装置到达试样直接施加的作用力和该反方向作用力的共同作用下，试样在淬火装置中处于悬浮状态并可旋转，使试样上各部位冷却均衡，具有良好的淬透性。

2.3 方便操作，可移动性强

（1）热电偶检测介质温度并反馈到控制器，通过控制器的数显表显示该实时温度，为工作人员操作提供方便。

（2）淬火机本体下部安装滑轮。滑轮支撑淬火机，使淬火机可移动至加热炉旁近距离淬火操作，为试样的淬火操作提供方便，同时减少试样暴露在外部环境的时间，减弱外部环境对试样的影响，降低试样在外部环境中的热量损失。

2.4 减少介质消耗

连接管件上设有溢油阀，使冷却介质在油箱与淬火装置间可循环利用，减少介质消耗，并使油箱与淬火装置内的介质温度保持一致。

3 注意事项

使用可移动淬火机时，必须先将淬火机移动到指定位置再进行通电操作，防止触电事故的发生。

在对油箱介质进行加热时，同时打开液压泵电源，这样反馈到数显表的温度值更加准确。

4 小结

综上所述，该淬火机可调节介质的流动速度和回油速度，调节加热管的加热温度和加热时间，从而调节介质温度，控制试样冷却速度。喷液装置能够实现试样在冷却介质中均匀冷却，使试样上各部位冷却均衡，具有良好的淬透性。淬火机本体下部安装滑轮，滑轮支撑淬火机，使淬火机可移动至加热炉旁近距离淬火操作，为试样的淬火操作提供方便，同时减少试样暴露在外部环境的时间，减弱外部环境对试样的影响，降低试样在外部环境中的热量损失。使用本淬火机可实现淬火操作标准化，减少人为干扰因素，确保试验中相同的检测参数，便于对比试样检测结果，确保了检测结果的准确性，减少了重复操作，降低了检测成本。