專利名稱：一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置
與方法。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、熱穩(wěn)定、高硬度等物理化學(xué)性能而在冶 金、機(jī)械、化工、建材等工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，在電子、電氣、航空航天等高新技術(shù)行業(yè) 也備受青睞。鋁基復(fù)合材料的機(jī)械性能取決于其制備方法、微觀組織、加工處理方法和工藝 技術(shù)參數(shù)等眾多影響因素，對(duì)于以熱處理可強(qiáng)化鋁合金為基體的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料來 說，淬火和時(shí)效是提高其機(jī)械性能的重要手段。 由于陶瓷顆粒與鋁合金基體的熱膨脹系數(shù)差別很大，在材料制備的高溫過程(熱 壓、鍛壓、擠壓)中會(huì)在基體合金中留下大量位錯(cuò)，在固溶處理(淬火)時(shí)，復(fù)合材料的位錯(cuò) 密度還會(huì)進(jìn)一步增加。由于復(fù)合材料基體合金內(nèi)位錯(cuò)密度較高，析出的質(zhì)點(diǎn)較基體合金均 勻細(xì)小，十分有利于性能提高。在隨后的時(shí)效過程中，時(shí)效沉淀強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)將優(yōu)先在基體合金 中空位、位錯(cuò)聚集的地方形核析出，由此導(dǎo)致復(fù)合材料的時(shí)效過程較基體合金短。與基體合 金本身相比，熱處理可強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料對(duì)固溶時(shí)效處理過程和工藝技術(shù)參數(shù)更為敏感。
由于鋁基復(fù)合材料的時(shí)效析出時(shí)間短，而析出相在高溫下會(huì)長(zhǎng)大，要避免復(fù)合材 料中析出相不長(zhǎng)大導(dǎo)致性能惡化，在淬火過程中對(duì)復(fù)合材料整體進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，防止復(fù)合 材料過早進(jìn)入非受控的時(shí)效過程顯得尤為重要。因此，通過控制淬火過程進(jìn)行有效的固溶 處理，保證時(shí)效處理后鋁基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高的同時(shí)提高其塑性，就成 為本技術(shù)領(lǐng)域急需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置與方法，該裝置原理簡(jiǎn)單， 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種形狀、大小的工件的淬火處理，達(dá)到快速冷卻的效果。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的 這種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置，其特征在于它包括加熱電爐、工件升降機(jī)
構(gòu)；調(diào)節(jié)多孔射流噴管及其產(chǎn)生的射流空間位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括多孔射流噴管、噴
管定位環(huán)、棘輪定位裝置、伸縮套管、柔性水管；還包括分區(qū)水箱，調(diào)節(jié)閥、水泵。
這種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，包括下述步驟(1)控制分區(qū)水箱各區(qū)水溫、水
位；(2)打開加熱電爐底蓋使裝有工件的料框以控制的速度下降，滿足工件淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間
要求；(3)打開水泵和調(diào)節(jié)閥門使分區(qū)水箱里冷水區(qū)的水通過多孔射流噴管射向浸入淬火
區(qū)的工件；(4)工件繼續(xù)下降到兩組射流平面中間預(yù)先調(diào)節(jié)好的冷卻位置不動(dòng)；(5)繼續(xù)噴
射對(duì)流冷卻1 30min ;(6)淬火區(qū)的水通過溢流管進(jìn)入回水區(qū)自然冷卻，水位超過溢流水
位時(shí)再進(jìn)入冷水區(qū)強(qiáng)制冷卻，循環(huán)使用。 柔性水管可以保證上述調(diào)節(jié)工作能夠方便進(jìn)行。
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所述噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法其產(chǎn)生的射流在液面下可覆蓋并直接強(qiáng)力沖 刷到工件最大表面，水溫通過冰塊或制冷裝置控制，在0 50°C范圍可調(diào)，水壓0. 05 1. 0MPa可調(diào)，流量10 50m3/h可調(diào)，噴射對(duì)流冷卻時(shí)間1 30min。 所述多孔射流噴管產(chǎn)生的高速射流直接擊打工件表面，即時(shí)破除由于工件放熱、 冷卻水汽化形成的包裹在工件表面阻礙熱傳導(dǎo)的水蒸氣膜，加快工件周圍冷卻液的對(duì)流散 熱；分區(qū)水箱的冷水區(qū)可以保證多孔射流噴管噴出的冷卻水在最初的關(guān)鍵時(shí)段保持低溫， 以達(dá)到最好的冷卻效果。 本發(fā)明的方法是通過利用高能水流破壞淬火過程中被處理工件表面形成的水蒸 氣膜，使得工件始終與冷卻水有良好的接觸，達(dá)到提高熱交換速度使工件快速冷卻達(dá)到固 溶處理的目的，進(jìn)而改善金屬基復(fù)合材料的性能。 本發(fā)明的一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置，以能產(chǎn)生高能射流的多孔射流噴管產(chǎn) 生的強(qiáng)水流即時(shí)破壞由于工件表面急劇放熱形成的水蒸氣膜，加快冷卻水與工件的換熱速 度，達(dá)到使工件快速冷卻的目的，有利于鋁基復(fù)合材料性能的充分發(fā)揮，提高其綜合機(jī)械性 能。 本發(fā)明的的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種形狀、大小的工件 的淬火處理，達(dá)到快速冷卻的效果。 下面通過具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù) 范圍的限制。


圖la:淬火爐主視圖 圖lb:圖la的右視圖 圖2a :射流強(qiáng)化冷卻原理圖 圖2b:圖2a:的右視圖 圖3 :射流強(qiáng)化冷卻裝置空間結(jié)構(gòu)圖 下面通過具體實(shí)施方式
和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式
圖la、圖lb、圖2a、圖2b、圖3中，1為工件升降機(jī)構(gòu)，2為加熱電爐，3為棘輪定位 裝置(該產(chǎn)品市場(chǎng)有售)，4為伸縮套管，13為多孔射流噴管，其軸線與工件外接長(zhǎng)方體長(zhǎng) 軸方向平行，并通過噴管定位環(huán)5固定(一種定位的結(jié)構(gòu)是將噴管插入定位環(huán)內(nèi)，以螺釘緊 定)，從而確定了射流方向及其與工件外接長(zhǎng)方體水平(最大)表面之間的夾角，伸縮套管 的長(zhǎng)短伸縮調(diào)整可使兩個(gè)多孔射流噴管分別貼近工件外接長(zhǎng)方體兩個(gè)水平(最大)表面， 套管與棘輪定位裝置配合，伸縮套管擺動(dòng)的相對(duì)角度可通過棘輪定位裝置3調(diào)整到使兩個(gè) 多孔射流噴管分別貼近工件外接長(zhǎng)方體兩個(gè)豎直(最小)表面。轉(zhuǎn)動(dòng)多孔射流噴管可調(diào)節(jié) 噴管出口的位置，所述的噴管有一接口 ，用于與柔性水管12連接?？傊龆嗫咨淞鲊姽?13可以通過棘輪定位裝置3、伸縮套管4、噴管定位環(huán)5三者協(xié)同配合調(diào)節(jié)射流方向和距離。
圖中，6為料框，7為分區(qū)水箱，8為溢流管，9為水泵，10為進(jìn)水管，11為調(diào)節(jié)閥門， 圖2a中，14為射流，15為水蒸汽膜，16為工件。
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所述分區(qū)水箱7的淬火區(qū)設(shè)有多孔射流噴管13提供強(qiáng)化對(duì)流冷卻的射流；所述 分區(qū)水箱7的淬火區(qū)中部可設(shè)有2組多孔射流噴管13，根據(jù)工件形狀、大小不同，每一組射 流噴管由數(shù)十個(gè)狹縫式或單孔式射流噴嘴沿噴管母線排列而成(各種規(guī)格的噴嘴市場(chǎng)有 售)，可以同時(shí)使用兩組或多組射流噴管進(jìn)行強(qiáng)化冷卻。 所述分區(qū)水箱7各分區(qū)之間上部設(shè)有溢流管8，可以保證冷卻水的有序循環(huán)。所述 多孔射流噴管13的單孔式或狹縫式噴嘴可以是分體組裝式的也可以是整體加工的。
實(shí)施例1 本實(shí)施例所處理的鋁基復(fù)合材料，其外形尺寸為700 X 200 X 50 (單位mm)。
其熱處理工藝過程為固溶溫度515 °C ，入水轉(zhuǎn)移時(shí)間7s，冷卻水溫20°C ，壓力 0. 2MPa，流量15m3/h，冷卻時(shí)間10min。 試樣性能為抗拉強(qiáng)度(Rm) 570 575MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp。2) 370 405MPa，斷后伸長(zhǎng)率(A) 6. 5 % 10. 5 % ，斷面收縮率(Z) 8. 5 % 12 % 。
實(shí)施例2 本實(shí)施例所處理的鋁基復(fù)合材料，其外形尺寸為700X200X50(單位mm)。
其熱處理工藝過程為固溶溫度520 °C ，入水轉(zhuǎn)移時(shí)間9s，冷卻水溫30°C ，壓力 0. 5MPa，流量32mVh，冷卻時(shí)間20min。 試樣性能為抗拉強(qiáng)度(Rm) 540 560MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp。. 2) 345 370MPa，斷后伸長(zhǎng)率(A) 5. 5 % 9. 5 % ，斷面收縮率(Z) 8. 0 % 9. 5 % 。
權(quán)利要求
一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置，其特征在于它包括加熱電爐、工件升降機(jī)構(gòu)；調(diào)節(jié)多孔射流噴管及其產(chǎn)生的射流空間位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括多孔射流噴管、噴管定位環(huán)、棘輪定位裝置、伸縮套管、柔性水管；還包括分區(qū)水箱、水泵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置，其特征在于所述的多孔 射流噴管的軸線與工件外接長(zhǎng)方體長(zhǎng)軸方向平行，并通過噴管定位環(huán)固定；伸縮套管與棘 輪定位裝置配合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置，其特征在于所述分 區(qū)水箱分隔為三個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)水區(qū)，即冷水區(qū)、回水區(qū)和淬火區(qū)，淬火區(qū)、回水區(qū)分別設(shè)有等 高度的溢流管。
4. 一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，其特征在于包括下述步驟(l)控制分區(qū)水箱各 區(qū)水溫、水位；(2)打開加熱電爐底蓋使裝有工件的料框以控制的速度下降，滿足工件淬火 轉(zhuǎn)移時(shí)間要求；(3)打開水泵和調(diào)節(jié)閥門使分區(qū)水箱里冷水區(qū)的水通過多孔射流噴管射向 浸入淬火區(qū)的工件；(4)工件繼續(xù)下降到兩組射流平面中間預(yù)先調(diào)節(jié)好的最佳冷卻位置不 動(dòng)；(5)繼續(xù)噴射對(duì)流冷卻1 30min ; (6)淬火區(qū)的水通過溢流管進(jìn)入回水區(qū)自然冷卻，水 位超過溢流水位時(shí)再進(jìn)入冷水箱強(qiáng)制冷卻，循環(huán)使用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，其特征在于水溫通過冰塊或 制冷裝置控制，控制在0 5(TC范圍，水壓0. 05 1. OMPa，流量10 50mVh，噴射對(duì)流冷 卻時(shí)間1 30min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，其特征在于所述分區(qū)水箱分 隔為三個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)水區(qū)，即冷水區(qū)、回水區(qū)和淬火區(qū)，三區(qū)通過等高度的溢流管過度連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，其特征在于所述的控制分區(qū) 水箱的水位是在淬火開始前保持冷水區(qū)和淬火區(qū)在最高水位，回水區(qū)無水，噴射對(duì)流強(qiáng)化 冷卻淬火開始后，淬火區(qū)上部開始溢流，水進(jìn)入回水區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火方法，其特征在于回水區(qū)容積 是冷水區(qū)容積的1/2，冷水區(qū)容積滿足5min用水量，在8 10m3之間，實(shí)現(xiàn)冷卻水的有序循 環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種噴射對(duì)流強(qiáng)化冷卻淬火裝置與方法，本裝置包括加熱電爐、工件升降機(jī)構(gòu)；調(diào)節(jié)多孔射流噴管及其產(chǎn)生的射流空間位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括多孔射流噴管、噴管定位環(huán)、棘輪定位裝置、伸縮套管、柔性水管；還包括分區(qū)水箱、水泵。本方法是通過利用多孔射流噴管產(chǎn)生的高能水流破壞淬火過程中被處理工件表面由于急劇放熱而形成的水蒸氣膜，使得工件始終與冷卻水有良好的接觸，并加快冷卻水流動(dòng)速度，提高工件與冷卻水的換熱效率，使工件快速冷卻達(dá)到固溶處理的目的，有利于鋁基復(fù)合材料性能的充分發(fā)揮，進(jìn)而提高其綜合機(jī)械性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是裝置原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種形狀、大小的工件的淬火處理，達(dá)到快速冷卻的效果。
文檔編號(hào)C21D1/667GK101768657SQ20081024736
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者左濤, 張琪, 張維玉, 徐駿, 樊建中, 馬自力 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院