一种用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置的制作方法

1.本发明涉及一种真空高压气冷等温淬火实验辅助装置。尤其涉及一种用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置。


背景技术：

2.真空气淬的试样具有无脱碳、无氧化、变形较小且表面光洁度高的特点，并且真空气淬对环境污染很小，是未来淬火工艺的发展方向。等温淬火能显著减小工件变形，获得下贝氏体组织，下贝氏体具有增强工件的韧性、硬度、强度、耐磨性等力学性能的特点。
3.现有真空气淬设备(单室卧式真空炉)由压力炉体、加热室、风冷系统、真空系统、充气系统、气动系统、水冷系统、炉外料车及电气控制系统等组成，通过在炉体内部设置的惰性气体进气管及气体喷口，对试样进行快速气体冷却淬火。采用该设备在对数量少和尺寸小的小试样冷却时，冷却气体直接冲向小试样表面，小试样冷却速度很快，而由于炉体较大，炉温与小试样温度不能同步下降，小试样冷却速度远大于炉温冷却速度，即炉温远高于小试样温度；停止喷气后，由于炉温较高，炉体对小试样辐射加热，小试样产生回温，不符合等温淬火工艺流程。
[0004]“一种双室真空气淬回火多用炉”(cn 1908201 a)专利技术，通过将加热室与冷却室分开，工件加热后由热室转移至冷室，从而降低炉温，减少充气量和节约用电。然而该真空气淬回火多用炉存在如下技术缺陷：1.工件从加热室到冷却室的转移过程中，工件的温度便开始下降，当工件到达冷却室后开始快速冷却时，工件的气淬起始温度已经低于指定温度，不符合工艺要求，使工件达不到技术指标；2.双室真空炉场地占用大，当前绝大多数单室真空炉没有预留增加一室的空间，改造难度大且成本高。
[0005]
王志坚等(王志坚,徐成海,李福忠,王宝霞,李孟春,郑辉.真空高压气淬技术和设备的进展[j].真空,2002(06):14-20.)介绍了一种等温气淬方法：试样完成奥氏体化后，开始以工艺要求的压力和气流量进行冷却，当试样温度降低至等温温度时，通过人工控制风机转速或气流方向等因素，使温度保持稳定，直到试样保温指定时长后，再进一步对试样进行冷却。该方法对工人的技术经验要求较高，且当试样较小时，试样温度变化过快，对温度难以准确控制，甚至无法控制。


技术实现要素：

[0006]
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种结构简单和成本低的用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置，用该真空高压气冷等温淬火实验辅助装置能实现小试样在真空高压气冷等温淬火时，小试样温度与炉温差距小，停止喷气后，小试样温度保持稳定，能严格按照工艺设定的温度完成真空高压气冷等温淬火。
[0007]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述等温淬火实验辅助装置由壳体、2组支撑杆和2根加强杆组成；所述壳体为由左侧板、右侧板、顶板和底板围成的方筒状。
[0008]
所述壳体：长度l＝(0.15～0.6)l；
[0009]
宽度b＝(0.15～0.6)d；
[0010]
高度h＝(0.15～0.6)d。
[0011]
其中：d表示真空高压气淬炉炉体的直径；
[0012]
l表示真空高压气淬炉炉体的长度。
[0013]
在所述壳体内沿长度l方向固定有2组支撑杆，每组支撑杆由左斜杆和右斜杆组成，左斜杆和右斜杆位于靠近壳体对应的左上角和右上角，左斜杆和右斜杆位于壳体的同一横截面，每根斜杆分别与壳体对应的一个角构成三角形。
[0014]
在所述壳体内沿长度l方向对称地固定有2根加强杆，每根加强杆位于靠近壳体的两端开口处，每根加强杆的上端和下端与顶板和底板对应连接。
[0015]
在壳体的左侧板、右侧板和顶板都均匀地设有n排风孔，每排风孔的中心连线与壳体沿长度l方向的中心线平行，每排风孔都均匀地设有n个风孔，n为2～5的自然数；左侧板的风孔和右侧板的风孔对称设置。在风孔的周边中心对称地设有2～3个螺孔，每个风孔的孔口处分别装有孔盖，每个孔盖与对应的风孔通过螺栓连接。
[0016]
所述真空高压气冷等温淬火实验辅助装置的材质为结构钢、合金钢或不锈钢。
[0017]
所述左侧板、右侧板、顶板和底板的板厚相同，板厚为3～8mm。
[0018]
所述孔盖的直径为风孔直径的1.2～1.5倍，靠近孔盖的边缘处中心对称地设有2～3个螺孔，孔盖的螺孔中心与孔盖中心的距离相同于风孔的螺孔中心与风孔中心的距离。
[0019]
本发明进行真空高压气冷等温淬火时，为保证等温淬火的均匀性，壳体的左侧板和右侧板的每排孔盖开启状态为对称设置，壳体顶板的孔盖开启状态为左1～2排和右1～2相对中间1～3排对称设置。
[0020]
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
[0021]
本发明由壳体、2组支撑杆和2根加强杆组成，在壳体内沿长度l方向对称地固定有2组支撑杆，靠近壳体的两端开口处对称地固定有加强杆；左侧板、右侧板和顶板都均匀地设有n排风孔，每排风孔都均匀地设有n个风孔及其孔盖，结构简单；且孔盖通过螺栓与壳体连接，便于拆卸和安装，孔盖开启的数量和位置便于调节，能满足不同实验工艺的要求，使用方便。本发明适用于不同型号的真空高压气淬炉，无需对真空高压气淬炉炉体进行额外改造，成本低。
[0022]
本发明用于小试样真空高压气冷等温淬火时，由于减少了冷却气体直接喷到小试样表面的喷气量，能降低小试样的冷却速度，加快了真空高压气淬炉炉温的冷却速度。通过调节温控装置孔盖开启的数量与位置，能使小试样的冷却速度与炉温的冷却速度趋于一致；停止喷气后，炉温与小试样温度接近，小试样温度保持稳定，能严格按照实验工艺完成等温气淬。且小试样无需从热室转移到冷室，保证小试样能从指定温度开始冷却。
[0023]
本发明用于小试样真空高压气冷等温淬火时，通过对温控装置孔盖开启的数量与位置的调节，能实现对小试样冷却过程中温度的准确控制，并通过气淬压力、气体流速、温控装置的使用状态等参数的调节，能扩大可控冷却速度区间范围，满足不同材料、不同热处理实验工艺的需要，使实验数据选择范围扩大，实验结果更具研究性。
附图说明
[0024]
图1是本发明的一种结构立体示意图；
[0025]
图2是本发明的一种结构的右视平面示意图；
[0026]
图3是图2的俯视平面示意图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0028]
实施例1
[0029]
一种用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置。所述等温淬火实验辅助装置如图1所示，由壳体9、2组支撑杆8和2根加强杆5组成；所述壳体9为由左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4围成的方筒状。
[0030]
所述壳体9：长度l＝0.15l；
[0031]
宽度b＝0.15d；
[0032]
高度h＝0.15d。
[0033]
其中：d表示真空高压气淬炉炉体的直径；
[0034]
l表示真空高压气淬炉炉体的长度。
[0035]
在所述壳体9内沿长度l方向固定有2组支撑杆8，每组支撑杆8由左斜杆和右斜杆组成，左斜杆和右斜杆位于靠近壳体9对应的左上角和右上角，左斜杆和右斜杆位于壳体9的同一横截面，每根斜杆分别与壳体9对应的一个角构成三角形。
[0036]
在所述壳体9内沿长度l方向对称地固定有2根加强杆5，每根加强杆5位于靠近壳体9的两端开口处，每根加强杆5的上端和下端与顶板1和底板4对应连接。
[0037]
在壳体9的左侧板7、右侧板2和顶板1都均匀地设有3排风孔，每排风孔的中心连线与壳体9沿长度l方向的中心线平行，每排风孔都均匀地设有3个风孔6；左侧板7的风孔6和右侧板2的风孔6对称设置。在风孔6的周边中心对称地设有2个螺孔，每个风孔6的孔口处分别装有孔盖3，每个孔盖3与对应的风孔6通过螺栓连接。
[0038]
所述真空高压气冷等温淬火实验辅助装置的材质为结构钢。
[0039]
所述左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4的板厚相同，板厚为4mm。
[0040]
所述孔盖3的直径为风孔6直径的1.5倍，靠近孔盖3的边缘处中心对称地设有2个螺孔，孔盖3的螺孔中心与孔盖3中心的距离相同于风孔6的螺孔中心与风孔6中心的距离。
[0041]
本实施例在使用时，为了保证气淬的均匀性，壳体9的左侧板7和右侧板2的孔盖3的开启状态应保持相同，壳体9的顶板1的孔盖3开启状态应保持对称。当淬火工艺参数为淬火温度为950℃、气淬压力为9bar和等温温度为280℃时，由ansys有限元仿真模拟知，所述温控装置的最佳使用状态如图1所示：关闭左侧板7和右侧板2从上往下的第三排孔盖3，关闭顶板1从左向右的第二排孔盖3。
[0042]
实施例2
[0043]
一种用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置。所述等温淬火实验辅助装置如图2和图3所示，由壳体9、2组支撑杆8和2根加强杆5组成；所述壳体9为由左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4围成的方筒状。
[0044]
所述壳体9：长度l＝0.4l；
[0045]
宽度b＝0.4d；
[0046]
高度h＝0.4d。
[0047]
其中：d表示真空高压气淬炉炉体的直径；
[0048]
l表示真空高压气淬炉炉体的长度。
[0049]
在所述壳体9内沿长度l方向固定有2组支撑杆8，每组支撑杆8由左斜杆和右斜杆组成，左斜杆和右斜杆位于靠近壳体9对应的左上角和右上角，左斜杆和右斜杆位于壳体9的同一横截面，每根斜杆分别与壳体9对应的一个角构成三角形。
[0050]
在所述壳体9内沿长度l方向对称地固定有2根加强杆5，每根加强杆5位于靠近壳体9的两端开口处，每根加强杆5的上端和下端与顶板1和底板4对应连接。
[0051]
在壳体9的左侧板7、右侧板2和顶板1都均匀地设有4排风孔，每排风孔的中心连线与壳体9沿长度l方向的中心线平行，每排风孔都均匀地设有4个风孔6；左侧板7的风孔6和右侧板2的风孔6对称设置。在风孔6的周边中心对称地设有2个螺孔，每个风孔6的孔口处分别装有孔盖3，每个孔盖3与对应的风孔6通过螺栓连接。
[0052]
所述真空高压气冷等温淬火实验辅助装置的材质为合金钢。
[0053]
所述左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4的板厚相同，板厚为6mm。
[0054]
所述孔盖3的直径为风孔6直径的1.3倍，靠近孔盖3的边缘处中心对称地设有2个螺孔，孔盖3的螺孔中心与孔盖3中心的距离相同于风孔6的螺孔中心与风孔6中心的距离。
[0055]
本实施例在使用时，为了保证气淬的均匀性，壳体9的左侧板7和右侧板2的孔盖3的开启状态应保持相同，壳体9的顶板1的孔盖3开启状态应保持对称。当淬火工艺参数为淬火温度为1000℃、气淬压力为6bar和等温温度为250℃时，由ansys有限元仿真模拟知，所述温控装置的最佳使用状态如图2和图3所示：关闭左侧板7和右侧板2从上往下的第四排孔盖3，关闭顶板1从左向右的第二排和第三排的孔盖3。
[0056]
实施例3
[0057]
一种用于小试样的真空高压气冷等温淬火实验辅助装置。所述等温淬火实验辅助装置由壳体9、2组支撑杆8和2根加强杆5组成；所述壳体9为由左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4围成的方筒状。
[0058]
所述壳体9：长度l＝0.2l或0.6l；
[0059]
宽度b＝0.2d或0.6d；
[0060]
高度h＝0.2d或0.6d。
[0061]
其中：d表示真空高压气淬炉炉体的直径；
[0062]
l表示真空高压气淬炉炉体的长度。
[0063]
在所述壳体9内沿长度l方向固定有2组支撑杆8，每组支撑杆8由左斜杆和右斜杆组成，左斜杆和右斜杆位于靠近壳体9对应的左上角和右上角，左斜杆和右斜杆位于壳体9的同一横截面，每根斜杆分别与壳体9对应的一个角构成三角形。
[0064]
在所述壳体9内沿长度l方向对称地固定有2根加强杆5，每根加强杆5位于靠近壳体9的两端开口处，每根加强杆5的上端和下端与顶板1和底板4对应连接。
[0065]
在壳体9的左侧板7、右侧板2和顶板1都均匀地设有2或5排风孔，每排风孔的中心连线与壳体9沿长度l方向的中心线平行，每排风孔都均匀地设有2或5个风孔6；左侧板7的风孔6和右侧板2的风孔6对称设置。在风孔6的周边中心对称地设有3个螺孔，每个风孔6的孔口处分别装有孔盖3，每个孔盖3与对应的风孔6通过螺栓连接。
[0066]
所述真空高压气冷等温淬火实验辅助装置的材质为不锈钢。
[0067]
所述左侧板7、右侧板2、顶板1和底板4的板厚相同，板厚为3或8mm。
[0068]
所述孔盖3的直径为风孔6直径的1.2或1.4倍，靠近孔盖3的边缘处中心对称地设有3个螺孔，孔盖3的螺孔中心与孔盖3中心的距离相同于风孔6的螺孔中心与风孔6中心的距离。
[0069]
本实施例在使用时，为了保证气淬的均匀性，壳体9的左侧板7和右侧板2的孔盖3的开启状态应保持相同，壳体9的顶板1的孔盖3开启状态应保持对称。
[0070]
根据淬火温度、气淬压力和等温温度，对下述孔盖的开启状态：
[0071]
当风孔6为3排和每排风孔6为3个时，左侧板7和右侧板2的每排孔盖3的开启状态有八种：关闭第一排(从上往下，下同)孔盖，或关闭第二排孔盖，或关闭第三排孔盖，或关闭第一排孔盖和第二排孔盖，或关闭第一排孔盖和第三排孔盖，或关闭第二排孔盖和第三排孔盖，或同时关闭所有孔盖，或同时打开所有孔盖；当n＝3时，顶板1的每排孔盖3开启状态有四种：关闭第二排(从左向右，下同)孔盖，或关闭第一排孔盖和第三排孔盖，或同时关闭所有孔盖，或同时打开所有孔盖；
[0072]
以此类推，当风孔6为2～5排和每排风孔6为2～5个时，可知左侧板7和右侧板2的每排孔盖3的开启状态以及顶板1的每排孔盖3的开启状态。
[0073]
对上述孔盖3的开启状态，分别通过ansys有限元仿真模拟，即得温控装置孔盖3的最佳开启状态。
[0074]
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点和效果：
[0075]
本具体实施方式由壳体9、2组支撑杆8和2根加强杆5组成，在壳体9内沿长度l方向对称地固定有2组支撑杆8，靠近壳体9的两端开口处对称地固定有加强杆5；左侧板、右侧板和顶板都均匀地设有n排风孔6，每排风孔都均匀地设有n个风孔6及其孔盖3，结构简单；且孔盖3通过螺栓与壳体9连接，便于拆卸和安装；孔盖3开启的数量和位置便于调节，能满足不同实验工艺的要求，使用方便。本具体实施方式适用于不同型号的真空高压气淬炉，无需对真空高压气淬炉炉体进行额外改造，成本低。
[0076]
本具体实施方式用于小试样真空高压气冷等温淬火时，由于减少了冷却气体直接喷到小试样表面的喷气量，能降低小试样的冷却速度，加快了真空高压气淬炉炉温的冷却速度。通过调节温控装置孔盖3开启的数量与位置，能使小试样的冷却速度与炉温的冷却速度趋于一致；停止喷气后，炉温与小试样温度接近，小试样温度保持稳定，能严格按照实验工艺完成等温气淬。且小试样无需从热室转移到冷室，保证小试样能从指定温度开始冷却。
[0077]
本具体实施方式用于小试样真空高压气冷等温淬火时，通过对温控装置孔盖3开启的数量与位置的调节，能实现对小试样冷却过程中温度的准确控制，并通过气淬压力、气体流速、温控装置的使用状态等参数的调节，能扩大可控冷却速度区间范围，满足不同材料、不同热处理实验工艺的需要，使实验数据选择范围扩大，实验结果更具研究性。