一种钢材调质设备及其高效真空等温处理工艺

技术领域

本发明涉及钢材加工领域，具体是一种钢材调质设备及其高效真空等温处理工艺。

背景技术

钢材调质处理就是指钢材淬火加高温回火的双重热处理方法，其目的是使钢材具有良好的综合机械性能，高温回火是指在500-650℃之间进行回火，调质可以使钢的性能、材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能，调质处理后得到回火索氏体，回火索氏体是马氏体于回火时形成的，它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物，此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。

在钢材的调质过程中，需要先对钢材进行淬火处理，再冷却至一定温度后进行高温回火，然而，现有技术中的钢材热处理调质设备上的冷却机构通常都是直接喷淋冷却水对钢材进行冷却降温，这种非梯度式的降温方式会对钢材的生产质量造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢材调质设备及其高效真空等温处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢材调质设备，主要包括外框、惰气生成器、真空泵、风机、放置架和调温管，所述外框前侧转动安装有密封门，所述外框内侧左部固定安装有转动器，转动器转轴右端通过螺栓固定安装有放置架，放置架右端转动安装有稳定座，稳定座右端挤压接触外框右侧内壁，所述外框右侧上部贯穿固定安装有阀体，阀体底端固定安装有检修板，检修板底端固定安装有滤筒，滤筒与阀体导通，所述滤筒内侧右部固定安装有等距排列的导热片，所述滤筒外侧固定安装有换热壳，换热壳内壁与滤筒外壁之间设置有过水腔，所述换热壳右侧壁贯穿固定安装有对称设置的过水头，所述滤筒底端固定安装有真空泵，真空泵下气孔固定安装有三通阀，所述真空泵上气孔固定安装有电磁阀，电磁阀顶端通过管道固定安装有底座，底座顶端装配安装有滤筒，滤筒顶端固定安装有顶板，所述真空泵底端固定安装有惰气生成器，所述三通阀通过管道与惰气生成器出气口固定连接，所述外框左侧固定安装有对称设置的风机，两个所述风机之首尾相接连接有调温管，调温管内置有温度传感器。

所述放置架主要包括内杆、旋片、滑套、定条、中板、网孔板、套管和横槽，所述中板左端中部固定安装有连接片，连接片与转动器转轴固定连接，所述中板内侧中部嵌设固定安装有网孔板，所述中板边缘处贯穿滑动安装有套管，套管下侧外部固定安装有限位套，限位套侧壁固定安装有连接板，连接板之间固定安装有螺旋套，螺旋套内部旋接安装有微调螺栓，所述套管外侧下部套设滑动安装有第二压条，所述套管内侧滑接安装有内杆，内杆顶端固定安装有旋片，所述旋片外侧上部套设安装有滑套，滑套之间固定安装有第一压条，所述中板上下侧壁固定安装有对称设置的定条，定条、第一压条和第二压条相对侧壁固定安装有楔形条，所述内杆右侧壁固定安装有等距排列的滑销，所述内杆左侧下部固定安装有限位销，所述套管内侧开设有对称设置的竖槽，所述套管前后内壁开设有与竖槽连通的横槽，所述限位销外侧壁与位于前部的横槽内壁紧密滑接。

所述调温管主要包括隔热壳、螺旋管、铜管和加热环，所述铜管内壁固定安装有加热环，所述铜管外壁固定安装有螺旋管，螺旋管通过管道与外部冷水循环设备固定导通，所述铜管外侧套设固定安装有隔热壳，隔热壳前侧壁开设有与螺旋管配合的通孔。

所述惰气生成器采用氮气产生器。

所述过水头通过管道与外部冷水循环设备导通。

所述外框内侧内嵌有隔热层，隔热层左侧壁开设有与风机配合的通孔，所述隔热层右侧上部开设有与阀体配合的开孔。

所述惰气生成器、真空泵、三通阀、电磁阀、阀体、风机、转动器和加热环通过线束与外部电源及外部控制设备电性连接。

一种钢材调质处理用高效真空等温处理工艺，包括如下步骤：

1)将原料按照质量比例进行混合熔炼，之后锻打成钢锭，通过机械加工，将钢锭粗加工为工件；

2)将工件放入设备内部，在真空中加热后，向冷却室中充以高纯度中性气体进行冷却，把钢件加热，在达到102O℃-1120℃加热后，使其奥氏体化并均匀化后，通入6×105Pa高压高纯度中性气体，在6×105Pa压力下连续冷却，使工件快冷到330～400℃，等温保持一定时间，使奥氏体转变为贝氏体，完成固溶热处理；

3)工件固溶热处理后在设备内部中进行回火和沉淀硬化；

1)回火后，将真空炉排气至较高真空度0.133Pa后，将工件升温至530～560℃，同时送入氨气和氮气，炉压控制在0.667Pa，保温一段时间后，向炉内充入循环的惰性气体进行快速冷却，经此处理后可得到渗层深为40～80μm、硬度为600～1500HV的硬化。

作为本发明进一步的方案：回火温度控制在550℃～600℃。

作为本发明再进一步的方案：回火次数控制在2-3次。

作为本发明再进一步的方案：高纯度中性气体可以使用氮气。

作为本发明再进一步的方案：等温保持时间为55～60min。

作为本发明再进一步的方案：将工件升温后，炉内保温3～8h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在加工设备上设计合理，带有转动放置架，放置接结构灵活，装配稳定，使得物料换热均匀，带有高效换热结构，升温降温调节灵敏，进气清洁排气安全，通过真空状态下的固溶热处理和回火处理，辅以真空状态的真空渗氮，使钢材表面形成高硬度的渗层，进一步提高强度，同时在真空状态下更加高效的进行等温处理，钢材更加清洁且不易氧化，且处理污染小方便后期的清洗。

附图说明：

图1为钢材调质设备的主视图；

图2为钢材调质设备的剖视图；

图3为钢材调质设备中外框、真空泵、换热壳和滤筒之间的剖视图；

图4为钢材调质设备中风机、隔热壳、螺旋管、铜管和加热环之间的剖视图；

图5为钢材调质设备中网孔板、中板、定条、内杆和套管之间的剖视图；

图6为钢材调质设备中内杆、滑销、第一压条和旋片之间的放大示意图；

图7为钢材调质设备中网孔板、中板、定条、内杆和套管之间的放大图；

图8为钢材调质设备中第二压条、连板、套管和限位套之间的右视图；

图中：外框1、隔热壳2、密封门3、螺旋管4、惰气生成器5、真空泵6、三通阀7、电磁阀8、换热壳9、阀体10、风机11、滤筒12、转动器13、内杆14、隔热层15、顶板16、滤筒17、导热片18、底座19、过水头20、铜管21、加热环22、旋片23、滑套24、定条25、中板26、网孔板27、套管28、横槽29、滑销30、楔形条31、竖槽33、连接片34、限位销35、螺旋套36、限位套37、第二压条38、连接板39、第一压条40。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种钢材调质设备，主要包括外框1、惰气生成器5、真空泵6、风机11、放置架和调温管，所述外框1前侧转动安装有密封门3，所述外框1内侧左部固定安装有转动器13，转动器13转轴右端通过螺栓固定安装有放置架，放置架右端转动安装有稳定座，稳定座右端挤压接触外框1右侧内壁，所述外框1右侧上部贯穿固定安装有阀体10，阀体10底端固定安装有检修板，检修板底端固定安装有滤筒17，滤筒17与阀体10导通，所述滤筒17内侧右部固定安装有等距排列的导热片18，所述滤筒17外侧固定安装有换热壳9，换热壳9内壁与滤筒17外壁之间设置有过水腔，所述换热壳9右侧壁贯穿固定安装有对称设置的过水头20，所述滤筒17底端固定安装有真空泵6，真空泵6下气孔固定安装有三通阀7，所述真空泵6上气孔固定安装有电磁阀8，电磁阀8顶端通过管道固定安装有底座19，底座19顶端装配安装有滤筒12，滤筒12顶端固定安装有顶板16，所述真空泵6底端固定安装有惰气生成器5，所述三通阀7通过管道与惰气生成器5出气口固定连接，所述外框1左侧固定安装有对称设置的风机11，两个所述风机11之首尾相接连接有调温管，调温管内置有温度传感器。

所述放置架主要包括内杆14、旋片23、滑套24、定条25、中板26、网孔板27、套管28和横槽29，所述中板26左端中部固定安装有连接片34，连接片34与转动器13转轴固定连接，所述中板26内侧中部嵌设固定安装有网孔板27，所述中板26边缘处贯穿滑动安装有套管28，套管28下侧外部固定安装有限位套37，限位套37侧壁固定安装有连接板39，连接板39之间固定安装有螺旋套36，螺旋套36内部旋接安装有微调螺栓，所述套管28外侧下部套设滑动安装有第二压条38，所述套管28内侧滑接安装有内杆14，内杆14顶端固定安装有旋片23，所述旋片23外侧上部套设安装有滑套24，滑套24之间固定安装有第一压条40，所述中板26上下侧壁固定安装有对称设置的定条25，定条25、第一压条40和第二压条38相对侧壁固定安装有楔形条31，所述内杆14右侧壁固定安装有等距排列的滑销30，所述内杆14左侧下部固定安装有限位销35，所述套管28内侧开设有对称设置的竖槽33，所述套管28前后内壁开设有与竖槽33连通的横槽29，所述限位销35外侧壁与位于前部的横槽29内壁紧密滑接。

所述调温管主要包括隔热壳2、螺旋管4、铜管21和加热环22，所述铜管21内壁固定安装有加热环22，所述铜管21外壁固定安装有螺旋管4，螺旋管4通过管道与外部冷水循环设备固定导通，所述铜管21外侧套设固定安装有隔热壳2，隔热壳2前侧壁开设有与螺旋管4配合的通孔。

所述惰气生成器5采用氮气产生器。

所述过水头20通过管道与外部冷水循环设备导通。

所述外框1内侧内嵌有隔热层15，隔热层15左侧壁开设有与风机11配合的通孔，所述隔热层15右侧上部开设有与阀体10配合的开孔。

所述惰气生成器5、真空泵6、三通阀7、电磁阀8、阀体10、风机11、转动器13和加热环22通过线束与外部电源及外部控制设备电性连接。

一种钢材调质处理用高效真空等温处理工艺，包括如下步骤：

1)将原料按照质量比例进行混合熔炼，之后锻打成钢锭，通过机械加工，将钢锭粗加工为工件；

2)将工件放入设备内部，在真空中加热后，向冷却室中充以高纯度中性气体(如氮)进行冷却，把钢件加热，在达到102O℃加热后，使其奥氏体化并均匀化后，通入6×105Pa高压氮气，在6×105Pa压力下连续用高纯氮气冷却，使之快冷到330～400℃，等温保持一定时间(一般保温时间为55～60min)，使奥氏体转变为贝氏体，完成固溶热处理；

3)工件固溶热处理后在设备内部中进行回火和沉淀硬化，回火温度控制在550℃～600℃，回火次数控制在2-3次；

4)回火后，将真空炉排气至较高真空度0.133Pa后，将工件升温至530～560℃，同时送入氨气和氮气，并对各种气体的送入量进行精确控制，炉压控制在0.667Pa，保温3～8h后，用炉内惰性气体进行快速冷却，经此处理后可得到渗层深为40～80μm、硬度为600～1500HV的硬化。

本发明的工作原理是：

本发明涉及一种钢材调质设备及其高效真空等温处理工艺，通过设备进行加工时，升温和降温通过流动循环风进行，且加热环和螺旋管位置重叠，升温和降温位置一致，换热而效率高，同时在进行加工时，可以通过放置架进行调节压紧并可以进行间隙微调，适应性好，楔形条降低接触面积，避免受热不均，且可以通过内杆和套管进行长度调节，且套管可以在中板中滑动，调节范围宽，通过转动器进行翻动，保证加工的换热的均匀彻底，在提供惰性气体时，通过过滤更加清洁，在进行排气出料时，可以将滤筒反吹，避免滤筒或者管道堵塞，保证过气通畅和延长滤筒的更换周期，并可以通过冷水换热，通过导热片18提高接触面积，换热效果好，保证废气排出的温度低，避免热污染，通过真空状态下的固溶热处理和回火处理，辅以真空状态的真空渗氮，使钢材表面形成高硬度的渗层，进一步提高强度，同时在真空状态下的固溶热处理和回火处理，通过控制温度和气压，可以更加高效的进行等温处理，不与外部开启接触，钢材更加清洁且不易氧化，降温采用内部风冷，代替高污染的盐浴和油浴的流程，方便后期的清洗。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。