一种高铬铸铁磨球的水‑空交替控时淬火冷却装置及方法

摘要

本发明提供了一种高铬铸铁磨球的水‑空交替控时淬火冷却装置及方法，所述装置包括：淬火冷却进料机构、至少一个第一次水淬冷却机构、至少一个空冷机构、至少一个第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构，高铬铸铁磨球依次通过淬火冷却进料机构、第一次水淬冷却机构、空冷机构、第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构；水淬冷却区是由淬火水槽、旋转拨动臂、旋转主体和浸水区域移动通道组成；空冷区由空冷移动通道、空冷提升移动通道、提升机和提升拨动臂组成。所述方法实施由淬火冷却进料区，第一次水淬冷却区，空冷区，第二次水淬冷却区，工作结束出料区组成。本发明执行水‑空交替控时淬火冷却工艺，解决了高铬铸铁磨球水淬开裂的技术难题。

说明书

技术领域

本发明涉及热处理淬火冷却领域，具体地，涉及一种高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却装置及方法。

背景技术

这里的淬火冷却是指处于奥氏体状态的高铬铸铁，被以适当的速度冷却，获得预期组织与性能的过程。在该过程中，如果冷却速率过慢所获得的组织与性能则达不到要求；如果冷却速率过快，虽然组织和性能满足要求，可能还伴随着开裂的产生，造成淬火件的报废。合适的淬火冷却速率或者工艺与装备的组合对高铬铸铁达到预期性能和避免开裂十分重要。

目前高铬铸铁磨球淬火分为铸造后或锻后的在线淬火和重新加热的离线淬火两类。铸造后或锻后的在线淬火是将经铸造后或锻后的高铬铸铁磨球直接输送到专用淬火装置上进行的淬火冷却，采用的介质多为油类淬火介质、有机淬火介质和无机淬火介质；高铬铸铁磨球重新加热后的离线淬火冷却，普遍采用周期加热炉或连续加热炉进行加热，然后将高铬铸铁磨球转移到淬火槽中以浸液的方式进行淬火冷却，采用的介质多是油类淬火介质、有机淬火介质和无机淬火介质。

经对现有技术文献检索发现，陈东,顾泉佩.淬火介质对高铬铸铁磨球性能的影响.福州大学学报,1989(1):34-38，研究了高铬铸铁磨球在不同介质淬火的冷却曲线、温度场、淬火裂纹、断面上硬度分布以及Ф60mm磨球的跌落冲击试验。结果表明空冷淬火未能淬硬，水淬产生裂纹，油淬对小于Ф100mm的磨球不产生裂纹，采用有机淬火介质得到良好的综合机械性能，无机淬火介质经适当整调工艺也能满足要求。由于油类淬火介质、有机淬火介质和无机淬火介质均对环境产生负面影响，人们希望能开发以水作为介质的淬火冷却工艺与设备。

为了解决水淬开裂的问题，经检索发现，董达善,贾晓帅,左训伟等.新型MQ-P-T技术在高铬铸球中的应用.金属热处理,2016,41(1):18-23，利用水和空气作为淬火介质，对Ф80mm的Fe-2.4C-12Cr高铬铸铁磨球进行水-空交替控时淬火冷却处理，结果表明，经水-空交替控时淬火冷却处理后的高铬铸铁磨球径向硬度平均值约为60HRC，比油淬高铬铸铁磨球提高约5HRC。该研究解决了高铬铸铁磨球水淬开裂的工艺问题，但是实现自动化化和批量化的淬火冷却装置仍是制约高铬铸铁磨球水淬的难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却装置及方法，能很好解决高铬铸铁磨球水淬开裂的技术难题。

根据本发明的第一方面，提供一种高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却装置，所述装置包括：淬火冷却进料机构、至少一个第一次水淬冷却机构、至少一个空冷机构、至少一个第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构，高铬铸铁磨球依次通过淬火冷却进料机构、第一次水淬冷却机构、空冷机构、第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构；其中：

所述淬火冷却进料机构，将所述高铬铸铁磨球移动到第一次水淬冷却机构；

所述第一次水淬冷却机构，用于对所述高铬铸铁磨球进行第一次水冷过程，并将第一次水淬冷却后的所述高铬铸铁磨球转移到所述空冷机构；

所述空冷机构，用于对经过第一次水淬冷却的所述高铬铸铁磨球进行空冷过程，并将空冷后的所述高铬铸铁磨球转移到所述第二次水淬冷却机构；

所述第二次水淬冷却机构，用于对空冷后的所述高铬铸铁磨球进行第二次水冷过程，并将第二次水淬冷却后的所述高铬铸铁磨球转移到所述工作结束出料机构；

所述工作结束出料机构，将第二次水淬冷却后的所述高铬铸铁磨球从装置中移出。

优选地，所述淬火冷却进料机构、所述工作结束出料机构均是由快速移动通道组成，用于完成所述高铬铸铁磨球的移动。

更优选地，所述快速移动通道由第一底板、第一支座板和第一限位侧板组成，所述第一支座板支撑所述高铬铸铁磨球，所述第一限位侧板限制所述高铬铸铁磨球位置，所述第一底板将一个第一支座板和两个第一限位侧板联接为一体，形成移动通道。

优选地，所述第一次水淬冷却机构和第二次水淬冷却机构均是由淬火水槽、旋转拨动臂、旋转主体和浸水区域移动通道组成，其中：

所述淬火水槽，用于盛放冷却液体；

所述旋转拨动臂，设置于所述旋转主体上，用于驱动所述高铬铸铁磨球进行滚动；

所述旋转主体，用于安装所述旋转拨动臂，并通过自身旋转带动所述旋转拨动臂进行转动；

所述浸水区域移动通道，将所述高铬铸铁磨球移动进入所述淬火水槽进行水淬冷却，并将冷却后的所述高铬铸铁磨球移出到下一机构。

更优选地，所述浸水区域移动通道由第二底板、第二支座板和第二限位侧板组成，所述第二支座板支撑所述高铬铸铁磨球，所述第二限位侧板限制所述高铬铸铁磨球位置，所述第二底板将一个第二支座板和两个第二限位侧板联接为一体，形成移动通道。

优选地，所述空冷机构由空冷移动通道、空冷提升移动通道、提升机和提升拨动臂组成，其中：

所述空冷移动通道，该通道入口连接所述第一次水淬冷却机构，所述高铬铸铁磨球在该通道中滚动进行空冷，同时该通道出口连接到所述空冷提升移动通道，所述高铬铸铁磨球经该通道出口进入所述空冷提升移动通道；

所述空冷提升移动通道，该通道入口与所述空冷移动通道出口连接，所述高铬铸铁磨球在该通道中滚动，通过所述空冷移动通道和所述空冷提升移动通道的组合完成所述高铬铸铁磨球的空冷过程；

所述提升拨动臂，设置在提升机上，在所述高铬铸铁磨球空冷时对其进行拨动，使所述高铬铸铁磨球在所述空冷提升移动通道沿设定方向滚动；

所述提升机，用于安装和提升所述提升拨动臂，从而用于驱动所述高铬铸铁磨球滚动。

更优选地，所述空冷移动通道、空冷提升移动通道均是由第三底板、第三支座板和第三限位侧板组成，所述第三支座板支撑所述高铬铸铁磨球，所述第三限位侧板限制所述高铬铸铁磨球位置，所述第三底板将一个第三支座板和两个第三限位侧板联接为一体，形成移动通道。

本发明上述装置中，所述第一次水淬冷却机构、空冷机构、第二次水淬冷却机构可以为多个，多个第一次水淬冷却机构、空冷机构、第二次水淬冷却机构可以水淬冷却机构、空冷机构交替顺序出现，可以满足更多淬火冷却的工艺要求。

本发明上述装置中，快速移动通道、空冷移动通道、空冷提升移动通道之间的相同之处是都是作为磨球进行滚动运动的通道；不同之处是其长度和与主轴线之间的倾斜夹角可以相同也可以不同，可以是直线、曲线或螺旋线。

根据本发明的第二方面，提供一种高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却方法，包括：

淬火冷却进料步骤：该步骤在淬火冷却进料区进行，铸造重新加热后的高铬铸铁磨球处于淬火冷却进料区的初始位置，所述高铬铸铁磨球在该区域停留一段时间；

第一次水淬冷却步骤：该步骤在第一次水淬冷却区进行，高铬铸铁磨球从淬火冷却进料区快速滚动到第一次水淬冷却区，浸没到淬火水槽的液体介质中做滚动运动，保持浸液一段时间，完成第一次水淬冷却过程；

空冷步骤：该步骤在空冷区进行，经过第一次水淬冷却的所述高铬铸铁磨球完成空冷过程；所述空冷区是空冷移动通道与空冷提升移动通道的交替组合；

第二次水淬冷却步骤：该步骤在第二次水淬冷却区进行，经过空冷后的所述高铬铸铁磨球完成第二次水淬冷却过程，第二次水淬冷却、第一次水淬冷却过程相同；

工作结束出料步骤：淬火冷却过程结束，将第二次水淬冷却后的所述高铬铸铁磨球移出。

优选地，所述淬火水槽，其液体介质的液面始终在一个恒定高度，第一次水淬冷却步骤和第二次水淬冷却步骤中所述高铬铸铁磨球的浸液条件相同，所述高铬铸铁磨球在淬火水槽中浸液时间根据工艺要求设定。

优选地，所述第一次水淬冷却区、空冷区、第二次水淬冷却区，其每个区之间可进行任意组合和多次重复组合，以满足水-空交替控时淬火冷却工艺的要求。

优选地，所述快速移动通道、空冷移动通道、空冷提升移动通道与主轴线之间有倾斜夹角，所述快速移动通道、空冷移动通道、空冷提升移动通道是直线、曲线或螺旋线。

优选地，所述方法通过控制旋转主体的旋转速率实现水淬冷却时间的控制，以淬火冷却工艺的要求。

优选地，所述高铬铸铁磨球为圆球体、圆柱体、椭圆体。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提出的高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却技术，能够很好解决高铬铸铁磨球水淬开裂的难题，并同时实现整个高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却的自动化和批量化，为高铬铸铁磨球制备工艺提供了重要的条件。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明部分实施例中高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却装置结构示意图；

图2为本发明部分实施例中移动通道结构示意图；

图中：快速移动通道1、液面2、淬火水槽3、旋转拨动臂4、旋转主体5、浸水区域移动通道6、空冷移动通道7、空冷提升移动通道8、提升机9、提升拨动臂10、底板11、支座板12、限位侧板13，高铬铸铁磨球14；

淬火冷却进料区①、第一次水淬冷却区②、空冷区③、第二次水淬冷却区④、工作结束出料区⑤。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实例处理的产品对象为Ф80mm的高铬铸铁磨球。铸造后重新加热到950±10℃，执行水-空交替控时淬火冷却工艺。淬火冷却工艺：出炉后空冷(第一次空冷)(90s±10s)-第一次水冷(8s±2s)-第二次空冷(50s±5s)-第二次水冷(6s±2s)

整个高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却方法的实现由不同特征的工作区组成：淬火冷却进料区(执行第一次空冷)，第一次水淬冷却区(执行第一次水冷)，空冷区(执行第二次空冷)，第二次水淬冷却区(执行第二次水冷)，工作结束出料区。

所采用的装置如图1所示，该装置包括：淬火冷却进料机构、至少一个第一次水淬冷却机构、至少一个空冷机构、至少一个第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构，高铬铸铁磨球14依次通过淬火冷却进料机构、第一次水淬冷却机构、空冷机构、第二次水淬冷却机构和工作结束出料机构。

作为优选方式，所述淬火冷却进料机构位于淬火冷却进料区；所述工作结束出料机构位于工作结束出料区。

作为优选，所述淬火冷却进料机构、所述工作结束出料机构均采用快速移动通道1构成，所述快速移动通道1由底板11、支座板12和限位侧板13组成，所述支座板12支撑所述高铬铸铁磨球14，所述限位侧板13限制所述高铬铸铁磨球14位置，所述底板11将一个支座板12和两个限位侧板13联接为一体，形成移动通道(如图2所示)。

作为优选方式，所述第一次水淬冷却机构和第二次水淬冷却机构均是由淬火水槽3、旋转拨动臂4、旋转主体5和浸水区域移动通道6组成；第一次水淬冷却机构位于第一次水淬冷却区，第二次水淬冷却机构位于第二次水淬冷却区；其中：

所述淬火水槽3，用于盛放冷却液体；

所述旋转拨动臂4，设置于所述旋转主体5上，用于驱动所述高铬铸铁磨球14进行滚动；

所述旋转主体5，用于安装所述旋转拨动臂4，并通过自身旋转带动所述旋转拨动臂4进行转动；

所述浸水区域移动通道6，将所述高铬铸铁磨球14移动进入所述淬火水槽3进行水淬冷却，并将冷却后的所述高铬铸铁磨球14移出到下一机构，即第一次水淬冷却机构的浸水区域移动通道6将所述高铬铸铁磨球14移出到空冷机构，第二次水淬冷却机构的浸水区域移动通道6将所述高铬铸铁磨球14移出到工作结束出料机构。

作为优选方式，所述空冷机构是由空冷移动通道7、空冷提升移动通道8、提升机9和提升拨动臂10组成；该机构位于空冷区；其中：

所述空冷移动通道7，该通道入口连接所述第一次水淬冷却机构，所述高铬铸铁磨球14在该通道中滚动进行空冷，同时该通道出口连接到所述空冷提升移动通道8，所述高铬铸铁磨球14经该通道出口进入所述空冷提升移动通道8；

所述空冷提升移动通道8，该通道入口与所述空冷移动通道7出口连接，所述高铬铸铁磨球14在该通道中滚动，通过所述空冷移动通道7和所述空冷提升移动通道8的组合完成所述高铬铸铁磨球14的空冷过程；

所述提升机9，用于安装和提升所述提升拨动臂10，从而驱动所述高铬铸铁磨球14滚动；

所述提升拨动臂10，设置在提升机9上，在所述高铬铸铁磨球14空冷时对其进行拨动，使所述高铬铸铁磨球14在所述空冷提升移动通道8沿设定方向滚动。

上述结构中，所述旋转拨动臂4和旋转主体5组成的磨球驱动体、所述提升机9和提升拨动臂10组成的磨球驱动体，为驱动磨球沿设定方向滚动的单元。所述快速移动通道1、空冷移动通道7、空冷提升移动通道8都是作为磨球进行滚动运动的通道。所述快速移动通道1、浸水区域移动通道6、空冷移动通道7、空冷提升移动通道8结构可以相同，均由底板11、支座板12和限位侧板13组成，如图2所示。

采用上述装置进行高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却的过程如下：

淬火冷却进料：铸造重新加热后的高铬铸铁磨球处于淬火冷却进料区的初始位置，磨球在该区域停留90s，该停留时间可以根据需要设置，在其他实施例中也可以是其他时间。

执行第一次水冷过程：处于淬火冷却进料区的初始位置的磨球沿快速移动通道1快速滚动到浸水区域移动通道6的初始位置，磨球在旋转拨动臂4的驱动下浸没在液面2以下的淬火水槽3之中做滚动运动，在该阶段的浸液时间控制在8s；此处的浸液时间控制可以通过控制旋转主体5的旋转速率实现。

执行第二次空冷过程：磨球通过第一次水淬冷却区后进入空冷移动通道7和空冷提升移动通道8，在该阶段的时间控制在50s，此阶段的时间通过对磨球滚动速率的控制实现。

执行第二次水冷过程：动作与第一次水淬冷却过程相同，只是在该阶段的浸液时间控制在6s，浸液时间通过控制旋转主体5的旋转速率实现。

最后磨球进入工作结束出料区，淬火冷却过程结束。

本发明上述的实施例中，对于各个优选方式可以选择其中某个单独使用或任意组合使用均可以。

本实施例采用上述执行水-空交替控时淬火冷却工艺，实现了整个工艺的自动化，基于该自动化工艺能够更好实现高铬铸铁磨球淬火冷却的批量化，解决了高铬铸铁磨球水淬开裂的技术难题。

实施例2

本实例处理的产品对象与实施例1相同，不同之处在于：第一次水淬冷却、空冷、第二次水淬冷却，进行多次重复组合，以满足水-空交替控时淬火冷却工艺的要求。

淬火冷却工艺：出炉后空冷(第一次空冷)(90s±10s)-第一次水冷(6s±2s)-第二次空冷(25s±5s)-第二次水冷(5s±2s)-第三次空冷(50s±5s)-第三次水冷(4s±2s)

该工艺的实施由7个特征工作区组成：淬火冷却进料区(执行第一次空冷)，第一次水淬冷却区(执行第一次水冷)，空冷区(执行第二次空冷)，第二次水淬冷却区(执行第二次水冷)，空冷区(执行第三次空冷)，第三次水淬冷却区(执行第三次水冷)，工作结束出料区。

采用的装置结构与实施例1中各机构相同，不过具有两套空冷机构和三套水淬冷却机构。具体实施过程如下：

淬火冷却进料：铸造后重新加热后的磨球处于淬火冷却进料区的初始位置，磨球在该区域停留90s。

执行第一次水冷过程：处于淬火冷却进料区的初始位置的磨球沿快速移动通道1快速滚动到浸水区域移动通道6的初始位置，磨球在旋转拨动臂4的驱动下浸没在液面2以下的淬火水槽3之中做滚动运动，在该阶段的浸液时间控制在6s(通过控制旋转主体5的旋转速率实现)。

执行第二次空冷过程：磨球通过第一次水淬冷却区后进入空冷移动通道7和空冷提升移动通道8。在该阶段的时间控制在25s(通过对磨球滚动速率的控制实现)。

执行第二次水冷过程：动作与第一次水淬冷却过程相同，只是在该阶段的浸液时间控制在5s(通过控制旋转主体5的旋转速率实现)。

执行第三次空冷过程：磨球通过第一次水淬冷却区后进入空冷移动通道7和空冷提升移动通道8。在该阶段的时间控制在50s(通过对磨球滚动速率的控制实现)。

执行第三次水冷过程：动作与第一次水淬冷却过程相同，只是在该阶段的浸液时间控制在4s(通过控制旋转主体5的旋转速率实现)。

最后磨球进入工作结束出料区，淬火冷却过程结束。

上述实施例中采用了多次空冷和水冷的工艺，解决了高铬铸铁磨球水淬开裂的技术难题，在实现了整个高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却工艺的自动化同时，能更好的提升冷却效果。

根据本实施例可以看出，本发明中的空冷和水冷次数可以根据实际需要来设定，空冷和水冷交替进行，对应的装置中的空冷机构和水淬冷却机构相应增加或减少，这种设置大大增加了整个工艺和装置的适应性。

实施例3

本实例处理的产品对象为椭圆形高铬铸铁磨球。铸造后重新加热到950±10℃，执行水-空交替控时淬火冷却工艺。淬火冷却工艺：出炉后空冷(第一次空冷)(90s±10s)-第一次水冷(8s±2s)-第二次空冷(50s±5s)-第二次水冷(6s±2s)

该工艺的实施由不同特征的工作区组成：淬火冷却进料区(执行第一次空冷)，第一次水淬冷却区(执行第一次水冷)，空冷区(执行第二次空冷)，第二次水淬冷却区(执行第二次水冷)，工作结束出料区。

所采用的装置如图1所示，该冷却装置是由快速移动通道1、液面2、淬火水槽3、旋转拨动臂4、旋转主体5、浸水区域移动通道6、空冷区移动通道7、空冷区提升移动通道8、提升机9、提升拨动臂10组成。其中：淬火冷却进料区是由快速移动通道1组成；第一次水淬冷却区和第二次水淬冷却区是由液面2、淬火水槽3、旋转拨动臂4、旋转主体5和浸水区域移动通道6组成；空冷区是由空冷移动通道7、空冷提升移动通道8、提升机9和提升拨动臂10组成；工作结束出料区是由快速移动通道1组成。具体的连接和组装顺序与实施例1中相同。

如图1所示，所述快速移动通道1、空冷移动通道7、空冷提升移动通道8与主轴线之间有倾斜夹角，所述快速移动通道1、空冷移动通道7、空冷提升移动通道8是直线、曲线或螺旋线。

采用上述装置进行高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却的过程如下：

淬火冷却进料：铸造重新加热后的高铬铸铁磨球处于淬火冷却进料区的初始位置，磨球在该区域停留90s。

执行第一次水冷过程：处于淬火冷却进料区的初始位置的磨球沿快速移动通道1快速滚动到浸水区域移动通道6的初始位置，磨球在旋转拨动臂4的驱动下浸没在液面2以下的淬火水槽3之中做滚动运动，在该阶段的浸液时间控制在8s(通过控制旋转主体5的旋转速率实现)。

执行第二次空冷过程：磨球通过第一次水淬冷却区后进入空冷移动通道7和空冷提升移动通道8。在该阶段的时间控制在50s(通过对磨球滚动速率的控制实现)。

执行第二次水冷过程：动作与第一次水淬冷却过程相同，只是在该阶段的浸液时间控制在6s(通过控制旋转主体5的旋转速率实现)。

最后磨球进入工作结束出料区，淬火冷却过程结束。

以上实施例装置和方法，可以方便的实现高铬铸铁磨球的水-空交替控时淬火冷却，解决了对磨球水淬开裂的难题，既可以满足磨球的水-空交替控时淬火冷却要求，也可以满足其它滚动体(如：圆柱体、椭圆体等)的水-空交替控时淬火冷却要求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。