一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置，该感应淬火装置，包括：一预热室；一耐高压密封腔体；一感应圈喷射套，其由并排呈螺旋布置的感应线圈和喷射套构成；一保温炉；以及一供气系统，用于为喷射套提供高压气体或超临界气体。该感应淬火方法采用预热加热+真空感应加热的处理工艺，在耐高压密封腔体内采用喷射冷却方式对加热后的工件实现快速冷却，或工件在预先通入冷却剂的密封腔体内同步进行感应加热和快速冷却。本发明专利技术提供的气体可控冷却的感应淬火方法及其装置，在耐高压密封腔体内通过调节气体的压力、温度和流速实现工件的可控淬火，且有效防止了工件高温氧化，取得了更快更理想的冷却效果，大大提高了工件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置
本专利技术属于热处理
，涉及一种感应淬火方法，尤其涉及一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置。
技术介绍
现有的热处理工艺，一般采用的真空炉淬火工艺为真空气氛或空气气氛下对工件实施淬火；或者利用连续炉采用淬火介质如淬冷液进行淬火处理；或者采用感应淬火机(加工大型工件或回转盘时)对产品表面进行淬硬处理。这些技术中，采用真空热处理设备结构复杂，设备可靠性和稳定性低；真空炉只能采取批次生产模式，生产效率低下，生产成本高。而感应淬火是一种获得特定的表面组织和硬度热处理方法，其利用电磁感应的原理，使工件在交变磁场中切割磁力线，在工件表面产生感应电流，又根据交流电的集肤效应，以涡流形式将工件表面快速加热，而后急冷的淬火方法。感应淬火的优点是加热速率快、生产效率高、节省能源，该方法在轴类零件的表面硬化方面有广泛的应用，在热处理领域中占有重要地位。目前，国内普遍使用的感应淬火冷却剂为水冷，其不足之处是冷却方法简单，冷却速率不可控，无法实现一些特殊的冷却工艺要求，大大限制了该工艺的应用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述现有技术中的缺陷，提出一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置。本专利技术主要提供一种气体可控冷却的感应淬火方法及其装置，其采用预热加热+真空感应加热的加热工艺，选择高压空气、超临界空气、高压氮气或超临界氮气替代作为冷却剂，在密闭的耐高压密封腔体内采用喷射冷却方式对感应加热后的工件实现快速冷却，或工件在预先通入冷却剂的密封腔体内同步进行感应加热和快速冷却；待工件冷却到一定的温度后，将工件快速转移到保温室进行后续的冷却；此外，具体通过对冷却气体的温度、压力、流量和保温炉炉温的精确控制，实现工件按照设定的冷却曲线进行冷却。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种气体可控冷却的感应淬火方法，包括如下步骤：S11，工件预热：将工件在保温炉内预热至设定的温度后，转移至预热后工位，然后转移至感应淬火前工位备用；S12，高频感应加热：将工件送入耐高压密封腔体内并置于感应圈喷射套中的感应淬火工位上，对耐高压密封腔体抽真空，然后向感应线圈通入高频电流，快速对工件表面感应加热形成的高温区；S13，高压气体喷射冷却：当工件加热达到设定的温度和表面厚度后，通过喷射套向工件表面喷射预设温度和压力的高压气体或超临界气体，对工件进行强制冷却；待工件温度达到设定的等温淬火温度时，停止冷却，取出工件转移至保温前工位；S14，工件保温：将保温前工位的工件送入保温炉中进行保温处理，完成后续的冷却和组织转变。本专利技术的第二个方面是提供一种气体可控冷却的感应淬火方法，包括如下步骤：S21，工件预热：工件在保温炉内预热至设定的温度后，转移至预热后工位，然后转移至感应淬火前工位备用；S22，抽真空通气：将工件送入耐高压密封腔体内并置于感应圈喷射套中的感应淬火工位上，对耐高压密封腔体抽真空，并通过喷射套喷入预设温度和压力的高压气体或超临界气体；S23，高频感应加热、冷却：向感应线圈通入高频电流，快速对工件表面感应加热形成的高温区，同时耐高压密封腔体内预先喷入的高压气体或超临界气体同步对工件进行强制冷却；待工件温度达到设定的等温淬火温度时，停止感应加热，工件自动下移到保温前工位；S24，工件保温：将保温前工位的工件，送入保温炉中进行保温处理，完成后续的冷却和组织转变。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火方法中，步骤S13所述高压气体或超临界气体为空气或氮气；步骤S23中所述高压气体或超临界气体为氮气或惰性气体。进一步优选地，在所述的气体可控冷却的感应淬火方法中，所述高压空气或超临界空气由增压泵现场制备而成；所述高压氮气或超临界氮气为灌装液氮或由制氮机组现场制备而成。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火方法中，所述步骤S13和S23中，所述感应加热时间为1-30s，所述强制冷却时间为1-35s。本专利技术的第三个方面是提供一种用于所述方法的气体可控冷却的感应淬火装置，包括：一预热室，以对工件进行预热处理；一耐高压密封腔体，提供工件进行感应加热和冷却的热处理空间；一感应圈喷射套，其由并排呈螺旋布置的感应线圈和喷射套构成，以对预热后的所述工件进行快速感应加热和快速冷却；一保温炉，以对冷却后的所述工件进行保温处理；以及一供气系统，用于为所述喷射套提供高压气体或超临界气体。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火装置上，所述感应圈喷射套为由一双孔铜管螺旋弯制而成的集感应加热和冷却喷射一体式结构，构成所述感应线圈的铜管内连通循环冷却水；构成所述喷射套的铜管的内侧壁开设有若干通气孔，其连通所述供气系统。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火装置上，所述感应圈喷射套内的感应淬火工位C位置布置有旋转台和红外温度传感器，所述红外温度传感器设置于所述工件表面，所述工件置放于所述旋转台上。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火装置上，所述预热室、保温炉与所述耐高压密封腔体之间依次布置有预热后工位A、感应淬火前工位B和保温前工位D；以及所述感应线圈喷射套内布置有感应淬火工位C。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火装置上，所述工件通过机械手在所述预热后工位A、感应淬火前工位B、感应淬火工位C和保温前工位D之间进行转移。进一步地，在所述的气体可控冷却的感应淬火装置上，还包括PID控制器，所述PID控制器分别与感应线圈、红外温度传感器和流量传感器电连接。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：(1)加热和冷却速率可控：该可控冷却装置采用高压氮气或超临界氮气淬火，可以通过调节氮气的压力、温度和流速实现工件的可控冷却；并辅之以感应淬火前的预热和感应淬火后的保温，可以实现复杂的热处理工艺，如等温淬火；(2)环境友好：该可控冷却装置采用环境友好的氮气或空气为冷却剂，生产过程无污染，使用后的高压氮气或高压空气可直接排放或回收再利用；(3)节约能源：该可控冷却装置对工件指定部位的表层进行淬火，不需要讲整体的工件加热，大大节约热能；同时，由于只对局部位置的表层淬火，所以冷却的工作量也大大减少，可以节约高压氮气或超临界氮气的用量；(4)生产效率高：采用特殊结构的感应圈喷射套快速加热和快速冷却，加热和冷却时间只有几秒或几十秒，比传统的热处理大大节省时间；(5)节约成本：由于节约能源和材料，大大降低了工件的热处理成本；(6)性能优异：在耐高压密封腔体对工件进行高频感应可控淬火，有效防止了工件高温氧化，且可以达到比传统热处理更快更理想的冷却效果，因而大大提高了工件的性能。附图说明图1为本专利技术一种气体可控冷却的感应淬火装置的整体结构示意图；图2为本专利技术一种气体可控冷却的感应淬火装置中感应线圈喷射套的剖视结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体可控冷却的感应淬火方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS11，工件预热：将工件在保温炉内预热至设定的温度后，转移至预热后工位，然后转移至感应淬火前工位备用；/nS12，高频感应加热：将工件送入耐高压密封腔体内并置于感应圈喷射套中的感应淬火工位上，对耐高压密封腔体抽真空，然后向感应线圈通入高频电流，快速对工件表面感应加热形成的高温区；/nS13，高压气体喷射冷却：当工件加热达到设定的温度和表面厚度后，通过喷射套向工件表面喷射预设温度和压力的高压气体或超临界气体，对工件进行强制冷却；待工件温度达到设定的等温淬火温度时，停止冷却，取出工件转移至保温前工位；/nS14，工件保温：将保温前工位的工件送入保温炉中进行保温处理，完成后续的冷却和组织转变。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体可控冷却的感应淬火方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11，工件预热：将工件在保温炉内预热至设定的温度后，转移至预热后工位，然后转移至感应淬火前工位备用；
S12，高频感应加热：将工件送入耐高压密封腔体内并置于感应圈喷射套中的感应淬火工位上，对耐高压密封腔体抽真空，然后向感应线圈通入高频电流，快速对工件表面感应加热形成的高温区；
S13，高压气体喷射冷却：当工件加热达到设定的温度和表面厚度后，通过喷射套向工件表面喷射预设温度和压力的高压气体或超临界气体，对工件进行强制冷却；待工件温度达到设定的等温淬火温度时，停止冷却，取出工件转移至保温前工位；
S14，工件保温：将保温前工位的工件送入保温炉中进行保温处理，完成后续的冷却和组织转变。


2.一种气体可控冷却的感应淬火方法，其特征在于，包括如下步骤：
S21，工件预热：工件在保温炉内预热至设定的温度后，转移至预热后工位，然后转移至感应淬火前工位备用；
S22，抽真空通气：将工件送入耐高压密封腔体内并置于感应圈喷射套中的感应淬火工位上，对耐高压密封腔体抽真空，并通过喷射套喷入预设温度和压力的高压气体或超临界气体；
S23，高频感应加热、冷却：向感应线圈通入高频电流，快速对工件表面感应加热形成的高温区，同时耐高压密封腔体内预先喷入的高压气体或超临界气体同步对工件进行强制冷却；待工件温度达到设定的等温淬火温度时，停止感应加热，工件自动下移到保温前工位；
S24，工件保温：将保温前工位的工件，送入保温炉中进行保温处理，完成后续的冷却和组织转变。


3.根据权利要求1或2所述的气体可控冷却的感应淬火方法，其特征在于，步骤S13所述高压气体或超临界气体为空气或氮气；步骤S23中所述高压气体或超临界气体为氮气或惰性气体。


4.根据权利要求1或2所述的气体可控冷却的感应淬火方法，其特征在于，所述步骤S13和S23中，所述感应加热时间为1-30s，所述强制冷却时间为1-35...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景峰，李卫平，陈富全，汪海斌，
申请(专利权)人：洛阳麦透锋科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41