本发明专利技术公开了一种二氧化碳超临界流体淬火方法及其系统和工艺，该淬火方法包括：提供超临界流体制备罐和加热装置；采用超临界流体制备罐向加热装置内通入超临界二氧化碳，以在加热装置内建立预设的淬火压力；采用超临界流体制备罐通过加热装置内布置的若干喷嘴向金属工件表面喷射超临界二氧化碳；按照设定的金属工件表面的温度降温曲线自动调节若干喷嘴喷射的超临界二氧化碳的流速和流量，以对金属工件进行可控淬火冷却。本发明专利技术以超临界态的二氧化碳为冷却介质，充分利用高压下的气体高密度及利用压差控制冷却介质流量从而控制冷速，利用超临界流体较高的热扩散系数、低粘度和极低的表面张力提高淬火冷却时工件的冷却均匀性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳超临界流体淬火方法及其系统和工艺
[0001]本专利技术涉及热处理淬火冷却
，尤其涉及一种使用二氧化碳超临界流体为淬火介质，冷却强度及冷却速度可控的淬火方法及其系统和工艺。
技术介绍
[0002]淬火冷却是金属零件热处理的重要工序，是提高金属零件综合机械性能的关键技术。淬火冷却是用相应的冷却介质将加热后的金属工件快速冷却，即通过淬火介质将金属工件的热量从金属工件表面快速带走，以提高金属工件的机械性能 (包括表面硬度、耐磨性、疲劳强度、心部硬度及韧性等)的过程。
[0003]在淬火过程中，金属零件在不同降温的温度段需要有不同的冷速，需要有在一个淬火过程中有多种可控制冷却速度的淬火系统。淬火变形控制是品质的重要保证，冷却介质需具备优秀的热扩散系数，同时需具备较低粘度才能将淬火变形控制至合理状态。液体冷却介质具备优秀的冷却能力，但液体冷却介质热扩散系数小及粘度大，同时易相变，淬火变形较大(液态盐除外，液态盐存在高污染)。液体淬火介质冷却后的清洗是热处理的重要污染源。
[0004]惰性气体淬火介质热扩散系数高及粘度低是淬火冷却介质使用的发展方向，由于惰性气体淬火介质密度低，需要加压提高密度以增加冷却能力。压力的增加引起粘度增加，会降低冷却系统的流动性，造成变形增大，同时气淬系统需要大流量高速度的循环系统和冷却系统来提高持续的冷却能力，过高的流速会产生尾流增加变形及对设备内部结构造成破坏。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述现有技术中存在的缺陷，提出一种使用二氧化碳超临界流体为淬火介质，冷却强度及冷却速度可控的淬火方法及其系统和工艺。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面是提供一种二氧化碳超临界流体淬火方法，包括：
[0008]提供一超临界流体制备罐和一耐高压的加热装置，所述超临界流体制备罐用于为系统提供超临界二氧化碳淬火冷却介质；
[0009]采用所述超临界流体制备罐利用压力差向所述加热装置内通入超临界二氧化碳，以在所述加热装置内建立预设的淬火压力；
[0010]采用所述超临界流体制备罐利用压力差通过所述加热装置内多方向布置的若干喷嘴向金属工件表面喷射超临界二氧化碳；
[0011]按照设定的所述金属工件表面的温度降温曲线自动调节多方向布置的若干所述喷嘴喷射的超临界二氧化碳的流速和流量，以对所述金属工件进行可控淬火冷却。
[0012]进一步地，在淬火冷却前，将液态CO2储罐内的液态二氧化碳依次经双向换热器和增压机调温调压后转化为超临界二氧化碳，流入所述超临界流体制备罐内备用。
[0013]进一步地，在淬火冷却过程中，所述加热装置排出的二氧化碳流体通入双向换热器内进行降温液化，液化后的液态二氧化碳存储于液态CO2储罐内备用。
[0014]进一步地，在淬火冷却完成后，所述加热装置内的二氧化碳由增压机进行增压，增压后的二氧化碳输送至所述超临界流体制备罐内备用。
[0015]本专利技术的第二个方面是提供一种二氧化碳超临界流体淬火系统，包括：
[0016]超临界流体制备罐，所述超临界流体制备罐上设置定压管路和淬冷管路，以及多个可独立控制的多方向淬冷分管路，用于向所述加热装置内提供多路的可独立控制的超临界二氧化碳作为淬火介质；
[0017]加热装置，所述加热装置分别通过定压管路和淬冷管路连接所述超临界流体制备罐；
[0018]其中，依次通过所述定压管路和淬冷管路、多个淬冷分管路，利用压力差向所述加热装置内从多个方向通入超临界二氧化碳，每个所述淬冷分管路均可独立控制流速，以在所述加热装置内建立设定的淬火压力和对金属工件进行可控淬火冷却。
[0019]进一步地，所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，还包括：
[0020]双向换热器，所述双向换热器连接所述加热装置的第一淬火排放管路；
[0021]其中，所述双向换热器用于将淬火过程中所述加热装置排出的二氧化碳进行降温液化转化为液态二氧化碳。
[0022]进一步优选地，所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，还包括：
[0023]液态CO2储罐，所述液态CO2储罐通过管路双向连接所述双向换热器；
[0024]其中，所述液态CO2储罐用于向系统提供液态二氧化碳，以及用于存储经所述双向换热器液化后的液态二氧化碳。
[0025]进一步优选地，所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，还包括：
[0026]增压机，所述增压机的入口连接所述双向换热器，出口连接所述超临界流体制备罐；
[0027]其中，所述增压机用于将所述液态CO2储罐输出的且经所述双向换热器蒸发气化后的气态二氧化碳增压转化为超临界二氧化碳，并存储于所述超临界流体制备罐。
[0028]进一步地，所述增压机的入口还连接所述加热装置的第二淬火排放管路；
[0029]其中，所述增压机用于将淬火结束后所述加热装置内的二氧化碳增压输送至所述超临界流体制备罐。
[0030]进一步优选地，所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，还包括：
[0031]冰水循环系统，所述冰水循环系统的出水口连接所述双向换热器的载冷剂入口，入水口连接所述双向换热器的载冷剂出口。
[0032]本专利技术的第三个方面是提供一种如上述所述系统的二氧化碳超临界流体淬火工艺，包括如下步骤：
[0033](1)采用二氧化碳将超临界流体制备罐增压至10
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18MPa，待加热装置中的金属工件达到淬火条件后，通过定压管路利用压力差向加热装置内通入超临界二氧化碳；
[0034](2)当加热装置的内部压力达到4
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8MPa后关闭定压管路，同时打开淬冷管路、淬冷分管路，并通过若干喷嘴继续向加热装置内通入超临界二氧化碳开始对金属工件进行淬火；
[0035](3)在淬火过程中，经喷嘴喷射的超临界二氧化碳的流速，由工件表面温度测量系统根据在线测量的工件表面温度通过淬冷管路、淬冷分管路中设置的对应比例阀自动调节，每只比例阀均可独立自动调节；
[0036](4)在淬火过程中，加热装置内腔设定压力在4
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8Mpa，先导流量阀设定的入口压力为4
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8Mpa，当加热装置内压力大于4
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8Mpa时，其内多余的二氧化碳通过第一淬火排放管路经先导流量阀流至双向换热器，且经双向换热器降温液化后流入液态CO2储罐；
[0037](5)淬火过程结束后，加热装置内的二氧化碳通过第二淬火排放管路流经增压机增压至10
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18Mpa后流入超临界流体制备罐，完成淬火冷却过程；
[0038](6)下一淬火过程开始前，将液态CO2储罐中的液态二氧化碳通过双向换热器气化，气化过程中的二氧化碳气化潜热同时将做为载冷剂使用的冰水降温至设定温度，随后通过增压机将气化后的二氧化碳加压至10
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳超临界流体淬火方法，其特征在于，包括：提供一超临界流体制备罐(100)和一耐高压的加热装置(200)，所述超临界流体制备罐(100)用于为系统提供超临界二氧化碳淬火冷却介质；采用所述超临界流体制备罐(100)利用压力差向所述加热装置(200)内通入超临界二氧化碳，以在所述加热装置(200)内建立预设的淬火压力；采用所述超临界流体制备罐(100)利用压力差通过所述加热装置(200)内布置的若干喷嘴向金属工件表面喷射超临界二氧化碳；按照设定的所述金属工件表面的温度降温曲线自动调节若干所述喷嘴喷射的超临界二氧化碳的流速和流量，以对所述金属工件进行可控淬火冷却。2.根据权利要求1所述的二氧化碳超临界流体淬火方法，其特征在于，淬火冷却前，将液态CO2储罐(400)内的液态二氧化碳依次经双向换热器(300)和增压机(500)调温调压后转化为超临界二氧化碳，流入所述超临界流体制备罐(100)内备用。3.根据权利要求1所述的二氧化碳超临界流体淬火方法，其特征在于，淬火冷却过程中，所述加热装置(200)排出的二氧化碳流体通入双向换热器(300)内进行降温液化，液化后的液态二氧化碳存储于液态CO2储罐(400)内备用。4.根据权利要求1所述的二氧化碳超临界流体淬火方法，其特征在于，淬火冷却完成后，所述加热装置(200)内的二氧化碳由增压机(500)进行增压，增压后的二氧化碳输送至所述超临界流体制备罐(100)内备用。5.一种二氧化碳超临界流体淬火系统，其特征在于，包括：超临界流体制备罐(100)，所述超临界流体制备罐(100)上设置定压管路(110)和淬冷管路(120)、多个方向面的淬冷分管路(121)，每个所述淬冷分管路(121)均可独立控制流量，用于向加热装置(200)内提供多路的可独立控制的超临界二氧化碳作为淬火介质；加热装置(200)，所述加热装置(200)分别通过定压管路(110)和淬冷管路(120)、多个所述淬冷分管路(121)连接所述超临界流体制备罐(100)；其中，依次通过所述定压管路(110)和淬冷管路(120)、淬冷分管路(121)利用压力差向所述加热装置(200)内从多个方向通入超临界二氧化碳，每个所述淬冷分管路(121)均可独立控制流速，以在所述加热装置(200)内建立设定的淬火压力和对金属工件进行可控淬火冷却。6.根据权利要求5所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，其特征在于，还包括：双向换热器(300)，所述双向换热器(300)连接所述加热装置(200)的第一淬火排放管路(210)；其中，所述双向换热器(300)用于将淬火过程中所述加热装置(200)排出的二氧化碳进行降温液化转化为液态二氧化碳。7.根据权利要求6所述的二氧化碳超临界流体淬火系统，其特征在于，还包括：液态CO2储罐(400)，所述液态CO2储罐(400)通过管路双向连接所述双向换热器(300)；其中，所述液态CO2储罐(400)用于向系统提供液态二氧化碳，以及用于存储经所述双向换热器(300)液化后的液态二氧化碳。8.根据权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨景峰，
申请(专利权)人：杨景峰，
类型：发明
国别省市：
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