專利名稱：一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理設(shè)備，特別是一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著航空航天、能源、汽車、電子、機(jī)械等各個行業(yè)對熱處理工藝需求的不斷提高。國內(nèi)外開發(fā)了多種真空熱處理設(shè)備，包括真空油淬爐、超長臥式真空退火爐、臺車式真空退火爐、真空滲氮爐等。真空熱處理具有無氧化、無脫碳、無煙塵、無明火、無污染、節(jié)能、環(huán)保、清潔、安全等特點與優(yōu)勢。特別適用于加熱時對氧、碳、氮、氫等氣體元素敏感的金屬材料。其中，真空淬火是獲得特種金屬材料的新技術(shù)。通過真空淬火可以獲得特殊性能的材料，例如超細(xì)晶組織、高強(qiáng)度、高塑性和韌性等。真空淬火熱處理技術(shù)主要用于鈦合金、精密合金、沉淀硬化型不銹鋼和其他稀有金屬材料的真空固溶處理。目前成熟的真空淬火技術(shù)有利用氬氣、氦氣等惰性氣體作為淬火介質(zhì)的真空氣淬，以及用油作為淬火介質(zhì)的真空油淬等。但是，目前的真空淬火工藝由于淬火介質(zhì)的散熱能力有限，使得金屬材料的淬透能力受到了限制。一些材料需要水淬才能達(dá)到所需的性能要求。為了進(jìn)一步提高材料的性能，人們開發(fā)了真空水淬熱處理技術(shù)，利用水及水溶液作為淬火介質(zhì)進(jìn)行真空淬火。目前的真空水淬爐處理主要有臥式雙室和立式真空水淬方式，它們都需要兩個隔離的區(qū)域，一個區(qū)域為加熱區(qū)，是真空區(qū)；另一個區(qū)域為水淬區(qū)，是正常氣壓區(qū)。真空區(qū)和非真空區(qū)之間由密封爐門隔離。但是，目前的真空水淬爐都不具備在真空狀態(tài)下工件直接快速進(jìn)入水介質(zhì)的淬火能力。其原因是由于在抽真空過程中，暴露的水介質(zhì)將因大氣壓力降低而揮發(fā)。因此，目前的真空水淬爐必須在淬火前充入與水淬區(qū)大氣壓力相等的惰性氣體，然后才能打開真空區(qū)和非真空區(qū)之間的密封爐門，轉(zhuǎn)移工件進(jìn)入水介質(zhì)，而這個過程大大增加了淬火轉(zhuǎn)移時間，使工件的淬火溫度有一定程度上的降低，對熱處理工藝的效果有顯著影響。另外淬火前引入不純惰性氣體也增大了處于高溫狀態(tài)的金屬材料與氫氣、氧氣等有害氣體的接觸時間。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，本發(fā)明為立式真空水淬熱處理爐。爐體分為上下兩個區(qū)域。上面的區(qū)域為真空區(qū)爐體。真空區(qū)爐體分為兩部分，真空區(qū)上部為加熱區(qū)爐體(8)，加熱區(qū)爐體內(nèi)設(shè)有加熱裝置(25)，加熱裝置0 與控溫加熱電源0 連接。真空區(qū)下部為工件支架區(qū)爐體(3)，工件支架區(qū)爐體(3)上部與加熱區(qū)爐體(8)連接，下部與淬火水槽爐體(2) 連接。加熱區(qū)爐體(8)通過真空管道開關(guān)閥門(14)和真空管道連接裝置(15)與抽真空裝置(17)連接。 工件支架區(qū)爐體C3)設(shè)有中間可分開的淬火工件放置平臺支架(27)，平臺由兩部分組成，每部分平臺外側(cè)與支架為軸連接，兩部分平臺通過銷釘鎖閉連接，爐外的機(jī)械臂 A(21)與銷釘連接。工件支架區(qū)爐體(3)下部設(shè)置可迅速開啟的熱屏蔽金屬片(30)。爐體外的機(jī)械臂W20)與熱屏蔽金屬片(30)連接。
淬火水槽爐體O)內(nèi)裝入淬火水介質(zhì)(19)。淬火水槽爐體O)內(nèi)設(shè)有淬火工件收集籃筐(18)，籃筐下部設(shè)置有帶彈簧的籃筐支架09)。淬火水槽爐體( 通過樹脂薄膜 (28)密封。本發(fā)明可以杜絕真空加熱后的高溫工件從真空室轉(zhuǎn)移到淬火水槽過程中與氣體的接觸，極大地縮短了淬火轉(zhuǎn)移時間。同時高溫工件免除了接近大氣壓力的惰性氣體中暴露的時間，從而避免了表面的氧化，也避免了氫等有害氣體在高溫時通過晶界滲透到金屬材料的內(nèi)部而造成對材料力學(xué)性能的損害，從而大大提高鈦合金、高溫合金、不銹鋼及有色金屬材料等金屬及合金的水淬熱處理工藝水平和材料性能。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的分體示意圖
具體實施例方式如圖1-圖3所示本發(fā)明為立式真空水淬熱處理爐。爐體橫截面為圓環(huán)狀。爐體分為上下兩個區(qū)域。上面的區(qū)域為真空區(qū)爐體。真空區(qū)爐體為兩部分，真空區(qū)上部為加熱區(qū)爐體8，加熱區(qū)爐體8內(nèi)設(shè)有對淬火工件進(jìn)行加熱的交流感應(yīng)加熱或電阻加熱裝置25，加熱裝置25與控溫加熱電源22連接。加熱區(qū)爐體下部設(shè)有密封環(huán)。真空區(qū)下部(即整個爐子的中部)為工件支架區(qū)爐體3，工件支架區(qū)爐體3上部設(shè)有帶膠圈的密封環(huán)，下部也設(shè)有密封環(huán)，可分別與上部加熱區(qū)爐體8和下部分淬火水槽爐體2相互對接。加熱區(qū)爐體8通過真空管道開關(guān)閥門14和真空管道連接裝置15與抽真空裝置17連接。為提高真空度，抽真空裝置17由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵或分子泵組合而成。工件支架區(qū)爐體3設(shè)有中間可分開的淬火工件放置平臺支架27，平臺由兩部分組成，每部分平臺外側(cè)與支架為軸連接，兩部分平臺通過銷釘鎖閉連接，可以通過爐外的機(jī)械臂21迅速開啟銷釘，當(dāng)銷釘分開時，平臺中間落下，其上放置的淬火工件沈隨之落下。工件支架區(qū)爐體下部設(shè)置可迅速開啟的熱屏蔽金屬片30。爐體外的機(jī)械臂B20與熱屏蔽金屬片30連接。真空區(qū)爐體之下為非真空爐體，其中盛裝淬火水介質(zhì)，簡稱淬火水槽爐體2。淬火水槽爐體2上部設(shè)有帶膠圈的密封環(huán)，可與工件支架區(qū)爐體3下部設(shè)置的密封環(huán)相互對接， 實現(xiàn)密封。水槽爐體2內(nèi)設(shè)有淬火工件收集籃筐18，籃筐下部設(shè)置有帶彈簧的籃筐支架29， 以對下落的淬火工件進(jìn)行緩沖。真空和非真空區(qū)的環(huán)狀爐體，即工件支架區(qū)爐體3和淬火水槽爐體2可密封對接， 中間用樹脂薄膜觀隔離。利用有一定厚度的樹脂薄膜觀對水槽進(jìn)行密封保護(hù)，與上面爐體的真空系統(tǒng)隔離，從而防止了水槽爐體中的淬火水介質(zhì)19的揮發(fā)。樹脂薄膜觀可采用聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他樹脂制成的薄膜。水槽爐體2是密閉的。由于樹脂薄膜具有一定的強(qiáng)度，在抽真空過程中向真空一側(cè)在一定程度上均勻地凸起而無超出其承受能力的應(yīng)力集中發(fā)生，因此并不由于抽真空后水介質(zhì)側(cè)產(chǎn)生的壓力差而破壞。測溫方式分別有兩種，熱電偶測溫和紅外測溫。當(dāng)溫度較低時(約1200°C以下)， 熱電耦測溫裝置M的熱電耦與工件沈接觸，進(jìn)行測溫；當(dāng)溫度較高時采用紅外測溫裝置11進(jìn)行非接觸式測溫，不與工件26接觸。通過測溫裝置反饋的電信號給控溫加熱電源22 來控制爐溫?？販丶訜犭娫?2與加熱裝置25和控溫裝置M連接。加熱區(qū)爐體8上端設(shè)有測溫窗10，工件發(fā)出的光可通過測溫窗達(dá)到紅外測溫裝置11。加熱區(qū)爐體8上設(shè)有真空計23。加熱區(qū)爐體8和工件支架區(qū)爐體3通過加熱區(qū)升降及側(cè)移裝置13和工件支架區(qū)升降及側(cè)移裝置4與龍門支架9連接。龍門支架9的下端設(shè)有地腳1，上端設(shè)有起重機(jī)12。 加熱區(qū)爐體8的表面設(shè)有觀察窗7、惰性氣體進(jìn)氣/排氣閥6和加熱區(qū)爐體循環(huán)冷卻水接口 5。工件支架區(qū)爐體3和淬火水槽爐體2上設(shè)有循環(huán)冷卻水接口 16。三部分爐體均為雙層爐體結(jié)構(gòu)，爐體中間通入循環(huán)冷卻水，及時帶走加熱過程的熱量，使?fàn)t體溫度沒有明顯升高，從而對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。為了防止工件加熱過程產(chǎn)生的熱輻射使樹脂薄膜發(fā)生軟化甚至損壞樹脂薄膜，造成真空破壞，利用工件支架區(qū)爐體的金屬熱屏蔽片對熱輻射向加熱區(qū)進(jìn)行反射，使樹脂薄膜的溫度低于其玻璃轉(zhuǎn)化溫度。設(shè)備特點①本發(fā)明為立式真空水淬熱處理爐，爐體分為三個區(qū)加熱區(qū)爐體(上部)、工件支架區(qū)爐體(中部)和水槽爐體(下部)；②加熱區(qū)爐體、工件支架區(qū)爐體、水槽爐體均為雙層爐體，爐體夾層通入循環(huán)冷卻水以便對熱處理過程產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱，保護(hù)爐體和密封圈；③加熱區(qū)爐體下部、工件支架區(qū)爐體上部和下部、水槽爐體上部均設(shè)有密封環(huán)，其中，工件支架區(qū)爐體上部和水槽爐體上部密封環(huán)都設(shè)有膠圈。三個爐體可兩兩對接密封。工件支架區(qū)爐體和水槽爐體的兩個密封環(huán)之間在每次熱處理準(zhǔn)備過程設(shè)置樹脂薄膜，對真空區(qū)和非真空區(qū)進(jìn)行隔離；④設(shè)置升降及側(cè)向移動爐體的龍門支架，分別升降加熱區(qū)爐體、工件支架區(qū)爐體， 以便安裝工件、放置熱電偶、電極等操作。通過電動螺桿轉(zhuǎn)動使?fàn)t體升降及側(cè)移裝置可用裝置實現(xiàn)爐體的上升和下降，以及向側(cè)面移出。龍門支架上設(shè)有可在龍門機(jī)架上移動的升降起重機(jī)，用于放置和取出工件；⑤淬火工件加熱方式采用交流感應(yīng)加熱或電阻加熱兩種。利用交流感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈為純銅空心線圈，線圈內(nèi)部通入循環(huán)冷卻水。利用控溫系統(tǒng)不斷調(diào)整電源輸入功率， 保證淬火工件溫度符合熱處理工藝要求的參數(shù)。利用電阻加熱時，金屬導(dǎo)線與工件連接，爐體要可靠接地。工件溫度測定采用接觸式，以提高測溫的精度，同時用紅外測溫作為參考測溫進(jìn)行監(jiān)控；⑥抽真空過程中可反復(fù)數(shù)次適量通入高純氬氣或氦氣等惰性氣體，以最大限度地降低氧氣的含量。在淬火加熱前也可適量通入惰性氣體，使工件在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱和保溫；⑦淬火工件達(dá)到熱處理工藝參數(shù)要求的加熱、保溫程序后，通過開啟工件支架平臺和熱屏蔽金屬片，工件直接落到樹脂薄膜上并使其熔化破壞，然后工件直接落入淬火水介質(zhì)中。因此，從工件下落到入水時間與自由落體時間相近，其過程非?？欤话阈∮?秒鐘，保證了工件完成加熱后不明顯降低溫度，從而保證了熱處理工藝效果和材料的力學(xué)性能； ⑧工件支架區(qū)爐體內(nèi)設(shè)置可迅速開啟的熱屏蔽金屬片，開啟方式可采用類似照相機(jī)光圈原理的光圈式結(jié)構(gòu)。通過觀察窗觀察操作，工件支架銷釘開啟機(jī)械臂與銷釘中間通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)連接和分離(工件放置前就要安好銷釘，但此時加熱爐體是上升的，機(jī)械臂不能與銷釘連接，只有放下爐體后，才能通過旋轉(zhuǎn)連接。)；⑨淬火水介質(zhì)側(cè)爐體是密閉的。其上的密封用樹脂薄膜具有一定的強(qiáng)度，在真空區(qū)爐體抽真空過程中向真空一側(cè)在一定程度上均勻地凸起，樹脂薄膜可以承受一定的真空度造成的壓力而不破壞，從而保證了水槽爐體與真空爐體空氣的隔離。加熱前通過觀察窗確認(rèn)樹脂薄膜，真空室內(nèi)無水汽。水槽爐體內(nèi)設(shè)置水位傳感器，一旦水位異常，可自動停止抽真空設(shè)備和加熱電源；⑩為降低淬火水介質(zhì)飛濺，淬火時可通入高壓高純惰性氣體以降低真空度。淬火后淬火水介質(zhì)將回流入水槽循環(huán)重復(fù)利用。真空管道閥門前的真空管道設(shè)計為從爐體向外向上傾斜，以利于水的回流。真空計設(shè)有開閉閥門，放置水蒸氣進(jìn)入真空計；(11)各個閥門可設(shè)計為手動或自動。銷釘開啟裝置和熱屏蔽金屬片開啟裝置可設(shè)計為手動或自動。設(shè)備主要參數(shù)爐體外徑:300mm 3000mm ；爐體高度500mm IOOOOmm ；極限真空度1 X KT3Pa ；加熱溫度上限1700°C ；淬火轉(zhuǎn)移時間小于1秒。樹脂薄膜的厚度0. 1 20mm。工作過程升起加熱區(qū)爐體到高處，將工件支架平臺閉合，用銷釘鎖閉，利用起重機(jī)將待淬火工件放置在工件支架上，確認(rèn)工件不超出加熱區(qū)域。如果采用交流感應(yīng)加熱方式，在加熱區(qū)爐體安裝感應(yīng)線圈。如果采用電阻加熱方式加熱，在工件上安裝電極。升起工件支架爐體到高處，將樹脂薄膜拉緊放置在水槽爐體上，降下工件支架爐體，使工件支架爐體和水槽爐體嚴(yán)密閉合。降下加熱區(qū)爐體，使加熱區(qū)爐體與工件支架爐體嚴(yán)密閉合，將工件支架銷釘開啟機(jī)械臂A與銷釘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)連接。用機(jī)械臂B關(guān)閉熱屏蔽金屬片。將真空管道連接裝置進(jìn)行連接。關(guān)閉氣體閥門，抽真空，檢查樹脂薄膜是否完好。當(dāng)上部真空區(qū)的加熱區(qū)爐體內(nèi)的真空度達(dá)到要求后，關(guān)閉真空管道閥門。淬火工件按淬火工藝被加熱并保溫后，關(guān)閉加熱電源，從爐體外部通過機(jī)械臂B開啟金屬熱屏蔽片，同時通過機(jī)械臂A迅速移去淬火工件平臺的銷釘。高溫淬火工件將下落到樹脂薄膜上，樹脂薄膜在瞬間被高溫工件加熱融化而破壞， 淬火工件將落入淬火水介質(zhì)中。從而實現(xiàn)工件的水淬熱處理。淬火后打開氣體閥門，使?fàn)t內(nèi)真空度與大氣壓力一致，升起并側(cè)移加熱區(qū)爐體和工件支架爐體。利用起重機(jī)將工件取出ο淬火后飛濺的淬火水介質(zhì)最后回流到水槽中，可以循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，本發(fā)明為立式真空水淬熱處理爐，其特征在用于爐體分為上下兩個區(qū)域，上面的區(qū)域為真空區(qū)爐體，真空區(qū)爐體分為兩部分，真空區(qū)上部為加熱區(qū)爐體，加熱區(qū)爐體內(nèi)設(shè)有加熱裝置，加熱裝置與控溫加熱電源連接，真空區(qū)下部為工件支架區(qū)爐體，工件支架區(qū)爐體上部與加熱區(qū)爐體連接，下部與淬火水槽爐體連接，加熱區(qū)爐體通過真空管道開關(guān)閥門和真空管道連接裝置與抽真空裝置連接；工件支架區(qū)爐體設(shè)有中間可分開的淬火工件放置平臺支架，平臺由兩部分組成，每部分平臺外側(cè)與支架為軸連接，兩部分平臺通過銷釘鎖閉連接，爐外的機(jī)械臂A與銷釘連接， 工件支架區(qū)爐體下部設(shè)置可迅速開啟的熱屏蔽金屬片，爐體外的機(jī)械臂B與熱屏蔽金屬片連接；淬火水槽爐體內(nèi)設(shè)有淬火工件收集籃筐，籃筐下部設(shè)置有帶彈簧的籃筐支架，淬火水槽爐體通過樹脂薄膜密封。
2.如權(quán)利要求1所述的一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，其特征在于所述的加熱裝置為交流感應(yīng)加熱或電阻加熱裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，其特征在于抽真空裝置由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵或分子泵組合而成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，其特征在于加熱電源和加熱裝置與控溫裝置連接。
全文摘要
一種樹脂薄膜密封保護(hù)水介質(zhì)真空直接水淬熱處理的設(shè)備，本發(fā)明為立式真空水淬熱處理爐。爐體分為上下兩個區(qū)域。上面的區(qū)域為真空區(qū)爐體。真空區(qū)爐體分為兩部分，真空區(qū)上部為加熱區(qū)爐體，真空區(qū)下部為工件支架區(qū)爐體，工件支架區(qū)爐體上部與加熱區(qū)爐體連接，下部與淬火水槽爐體連接。加熱區(qū)爐體通過真空管道開關(guān)閥門和真空管道連接裝置與抽真空裝置連接。工件支架區(qū)爐體設(shè)有中間可分開的淬火工件放置平臺支架。工件支架區(qū)爐體下部設(shè)置可迅速開啟的熱屏蔽金屬片。淬火水槽爐體通過樹脂薄膜密封。本發(fā)明可以杜絕真空加熱后的高溫工件從真空室轉(zhuǎn)移到淬火水槽過程中與氣體的接觸，極大地縮短了淬火轉(zhuǎn)移時間。
文檔編號C21D1/63GK102492812SQ20111041979
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉春忠, 國旭明, 姜妲, 沙桂英, 王繼杰, 王艷晶 申請人:沈陽航空航天大學(xué)