可移動新型淬火機的研發及應用

郭 雋

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津 300301）

0 引言

熱處理是通過一定加熱、保溫和冷卻等手段，改變金屬外界條件，使金屬組織結構和化學成分發生預期的變化，改善金屬性能的一種工藝方法，熱處理使鋼中發生一系列固態轉變，如原子擴散、相變及固溶體中溶質溶解的變化等。促使鋼轉變的手段包括加熱、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。而介質冷卻（淬火），就是將加熱到奧氏體狀態下的試樣淬入冷卻介質激冷，使試樣的冷卻速度大于外界冷卻速度，以獲得馬氏體。冷卻介質分為兩大類，一類是淬火過程中發生物理變化的介質，如水、水溶液及油類等。另一類是淬火過程中不發生物態變化（變化較少）的介質，如熔鹽、溶堿等。

鋼的淬火是使鋼獲得馬氏體組織，其難點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備，現有技術中通常采用設備淬火，一般采用固定淬火設備，設備體積龐大，無法移動，無法實現與不同加熱設備的近距離接觸，造成試樣熱損失較大，且試樣不能在冷卻介質中轉動，造成冷卻不均勻，淬透性不好。

1 結構、工作原理及選型設計

1.1 結構

可移動新型淬火機本體包括淬火機本體底面上一側的油箱，油箱上部設有液壓泵；淬火機本體底面上另一側的淬火裝置；淬火機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；油箱內部設有加熱管和熱電偶；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和相鄰側壁的噴液裝置；淬火裝置底面上緊靠噴液裝置設有底板，噴液裝置沿底板方向均布數個水平設置的噴嘴；淬火裝置底面上與噴液裝置相對的另一側設有擋板（見圖1）。

1.2 工作原理

使用時，將淬火機滑動到試樣加熱爐旁，啟動液壓泵使介質在油箱和淬火裝置之間循環，啟動控制器對油箱介質進行加熱，設定介質所需要的溫度，待溫度加熱到預設溫度后，將試樣從淬火裝置該液壓泵從油箱中吸入冷卻介質并將其通過連接管件輸送至淬火裝置，通過調節介質的流動速度和回油速度，通過調節加熱管的加熱溫度和加熱時間可調節介質溫度，從而控制試樣冷卻速度，滿足試樣不同的冷卻速度要求；熱電偶檢測介質溫度并反饋到控制器，通過控制器的數顯表顯示該實時溫度；噴液裝置上平均分布多個噴嘴，冷卻介質通過液壓泵進入噴液裝置后從噴嘴處均勻噴出，在介質由噴液裝置到達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，試樣在介質中均衡地懸浮和旋轉，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。

圖1 可移動淬火機結構圖

1.3 選型設計

1.3.1 液壓泵的選擇

液壓泵要保證油箱中的冷卻介質能夠在油箱和淬火裝置循環的前提下，使冷卻介質從噴嘴中噴出，滿足試樣能夠在淬火裝置中滾動。選擇揚程為5 m的液壓泵做實驗，從噴嘴噴出的冷卻介質不能吹動試樣，證明次揚程的泵太小。剛好有揚程為11 m的液壓泵，遂更換此揚程液壓泵試驗，當試樣放進工作站里的底板中，從噴嘴噴出的冷卻介質能夠迅速將試樣吹到擋板處，同時冷卻介質也能夠在油箱和淬火裝置中循環流動，證明此揚程的液壓泵能夠滿足設計要求。再根據調整噴嘴的角度，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中滾動。

1.3.2 加熱棒的選擇

加熱棒要滿足冷卻介質在油箱和淬火裝置循環的過程中，快速地達到所需要的溫度。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。電源選擇應與控制器數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顯表相匹配。根據加熱的溫度范圍，選擇相應類型的熱電偶。由于熱電偶需要浸入到油箱中，所以熱電偶要加陶瓷保護套。

1.3.4 控制器的設計

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，將熱電偶檢測到的信號反饋到控制器數顯表，數顯表控制加熱棒，達到設定的溫度值。液壓泵的啟停通過選擇匹配的啟動停止按鈕，繼電器、接觸器及熱過載繼電器，在控制器中組成所需電路來實現。加熱管的啟停以及控制熱電偶，都是通過選擇與本方案相匹配的開關，數顯表來實現。

1.3.5 電源線的選擇

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

2 設備特點

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）油箱內部所設液壓泵為淬火機的動力元件，該液壓泵由電機驅動，液壓泵從油箱中吸入冷卻介質并將其輸送至淬火裝置，通過調節介質的流動速度和回油速度，可以調節淬火試樣的冷卻速度。

（2）加熱管可使油箱內介質升溫，通過調節加熱管的加熱溫度和加熱時間可調節介質溫度，從而控制試樣冷卻速度。

（3）控制器可控制液壓泵的啟動和調節，進而調節噴液裝置中冷卻介質的流動和流速，從而調節淬火試樣的冷卻速度。

（4）控制加熱管22的啟動和調節，實時顯示準確的溫度數值，根據該溫度調節加熱管22加熱溫度和加熱時間，從而調節淬火試樣的冷卻速度。

2.2 試樣冷卻均勻、良好淬透性

（1）噴液裝置能夠實現試樣在冷卻介質中均勻冷卻；噴嘴設置為平均分布的多個，冷卻介質通過液壓泵進入噴液裝置后從噴嘴處均勻噴出，試樣受到冷卻介質均勻的推力，為試樣在介質中懸浮和旋轉提供持續均衡的動力，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。

（2）通過反復實驗證明，噴嘴可設置為11個，設置11個噴嘴可使試樣在介質中勻衡受力，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，使試樣與噴嘴受到介質的作用力方向和大小保持穩定，使試樣冷卻均衡。從噴液裝置噴出的介質到達擋板后向反方向運動，對試樣施加反方向作用力，在介質由噴液裝置到達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并可旋轉，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，可移動性強

（1）熱電偶檢測介質溫度并反饋到控制器，通過控制器的數顯表顯示該實時溫度，為工作人員操作提供方便。

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

2.4 減少介質消耗

連接管件上設有溢油閥，使冷卻介質在油箱與淬火裝置間可循環利用，減少介質消耗，并使油箱與淬火裝置內的介質溫度保持一致。

3 注意事項

使用可移動淬火機時，必須先將淬火機移動到指定位置再進行通電操作，防止觸電事故的發生。

在對油箱介質進行加熱時，同時打開液壓泵電源，這樣反饋到數顯表的溫度值更加準確。

4 小結

綜上所述，該淬火機可調節介質的流動速度和回油速度，調節加熱管的加熱溫度和加熱時間，從而調節介質溫度，控制試樣冷卻速度。噴液裝置能夠實現試樣在冷卻介質中均勻冷卻，使試樣上各部位冷卻均衡，具有良好的淬透性。淬火機本體下部安裝滑輪，滑輪支撐淬火機，使淬火機可移動至加熱爐旁近距離淬火操作，為試樣的淬火操作提供方便，同時減少試樣暴露在外部環境的時間，減弱外部環境對試樣的影響，降低試樣在外部環境中的熱量損失。使用本淬火機可實現淬火操作標準化，減少人為干擾因素，確保試驗中相同的檢測參數，便于對比試樣檢測結果，確保了檢測結果的準確性，減少了重復操作，降低了檢測成本。