[發明專利]一種高壓氣淬真空爐超音速氣冷方法及其裝置

在審

• 申請號: 202010690280.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112111630A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 汪海斌;李衛平;楊景峰
• 申請（專利權）人: 洛陽耿工金屬科技有限公司
• 主分類號: C21D1/62
• 分類號: C21D1/62;C21D1/773;C21D9/00
• 代理公司: 上海領譽知識產權代理有限公司 31383
• 代理人: 高振紅

本發明公開了一種高壓氣淬真空爐超音速氣冷方法及其裝置，該氣冷裝置包括：一真空爐；一真空泵，真空泵通過管道連接真空爐；若干超音速噴頭，若干超音速噴頭設置于真空爐內的加熱區位置；以及一高壓氣罐，高壓氣罐通過管道連接若干超音速噴頭，向真空爐內以超音速噴出氣體冷卻介質。本發明利用高壓氣罐與真空爐之間的壓力差，將氣體冷卻介質從噴頭出口以超音速噴出，對加熱區內的工件進行冷卻降溫，突破了目前真空氣淬爐發展的瓶頸，使得工件在淬火時表面的對流傳熱效率較由大功率風機驅動的高壓氣淬對流傳熱效率提高了2?5倍，達到淬火油和聚合物淬火介質的效果。

技術領域

本發明屬于熱處理技術領域，涉及一種氣淬真空爐，尤其涉及一種高壓氣淬真空爐超音速氣冷方法及其裝置。

背景技術

熱處理行業所使用的真空爐從最初的油淬爐、氣淬油冷爐到氣淬爐，可滿足通常材料的熱處理，進入20世紀90年代，高壓氣淬真空爐的問世，極大推動了真空熱處理在工模具等行業中的應用。國內外真空氣淬爐的發展分為四個階段，第一階段為低壓氣冷階段，在負壓氣淬爐的基礎上，出現氣體壓強增加到0.15～0.2MPa，可進行直徑在20mm以下的高速鋼的加壓氣淬爐；第二階段為高壓氣冷階段，生產氣冷壓力為0.5MPa的高壓氣淬爐，可處理大截面有效厚度為 100mm以上的高速鋼工件；第三階段為高流率氣冷階段，其氣冷壓強0.2MPa，氣體流率3.5m3/s，噴嘴流速40m/s，可將50mm的高速鋼淬硬；第四階段為增壓高壓高流率氣冷階段，氣淬爐的壓力由0.6MPa、1MPa、2MPa后提高到4MPa 等，可滿足一般合金鋼的熱處理淬火需要。

但隨著使用壓力和氣體流率的增高，壓力容器和風機等制造成本越來越高，但依然不能獲得足夠大的冷速來滿足很多中大型零部件的淬火要求。目前真空氣淬爐發展的瓶頸主要為：1外循環高流率氣淬爐，系統壓力的損失與氣流流速的平方成正比，增加流速時爐內壓力損失大；2氣流流速的提高受風機功率限制，鼓風機功率與氣體體積流速的三次方成正比，這對風機結構設計和啟動均會造成很大困難，如工作室尺寸600mmX600mmX900mm的1.2MPa氣淬爐，風機功率已達300kW。

提高冷卻氣體的密度壓力和流速，可以成正比地加大對流傳熱效率。但如何在現有高壓氣淬真空爐的基礎上提高高壓氣淬真空爐的冷速，又不帶來因風機功率過大和爐壓過大所導致的制造難度和制造成本的大幅增加，是目前高壓氣淬真空爐面臨的主要技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術中高壓氣淬真空爐冷速不足的缺陷，提出一種裝有超音速噴嘴的高壓氣淬真空爐超音速氣冷方法及其裝置。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的第一個方面是提供一種高壓氣淬真空爐超音速氣冷裝置，包括：

一真空爐；

一真空泵，所述真空泵通過管道連接所述真空爐；

若干超音速噴頭，若干所述超音速噴頭設置于所述真空爐內的加熱區位置；以及

一高壓氣罐，所述高壓氣罐通過管道連接若干所述超音速噴頭，向所述真空爐內以超音速噴出氣體冷卻介質。

進一步地，在所述的高壓氣淬真空爐超音速氣冷裝置上，所述氣體冷卻介質為氮氣、氫氣、氦氣、氬氣、二氧化碳中的一種或幾種。

進一步地，在所述的高壓氣淬真空爐超音速氣冷裝置上，所述氣體冷卻介質為氣態或超臨界態。

進一步地，在所述的高壓氣淬真空爐超音速氣冷裝置上，若干所述超音速噴頭在所述加熱區的周圍圍繞工件呈對稱或非對稱分布。

進一步地，在所述的高壓氣淬真空爐超音速氣冷裝置上，利用所述高壓氣罐內的壓力與所述真空爐內的壓力差為所述氣體冷卻介質提供流動的動力。