[发明专利]一种铝合金环形件喷淋淬火设备及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种淬火设备，特别是涉及一种铝合金环形件喷淋淬火设备，本发明还涉及该铝合金环形件喷淋淬火设备的使用方法。

背景技术

铝合金环形件是运载火箭及飞机关键连接件，直径一般为1-10m，为提高产品综合性能，如强度、韧性、耐磨性、稳定性等，需进行固溶淬火处理。但铝合金环形件固溶淬火后，产生较大残余应力且分布不均，引起环形件热处理及后续加工变形，降低材料使役性能、疲劳寿命。比如，高强度铝合金环形件(Φ1000mm)为飞机连接关键零件，环形件淬火后机加工开口内缩量达20mm，使得航空厂只能放弃锻环，采用国外预拉伸板机加而成；铝合金储箱环形件为运载火箭的关键零件，淬火残余应力分布不合理，机加后产品尺寸稳定性差，限制了运载火箭性能的提高。

当前铝合金环形件常采用传统盐浴淬火，存在以下几个方面的问题，而难以满足航空航天用铝合金环形件淬火要求。铝合金环形件传统盐浴炉由加热腔和淬火腔组成。先将铝合金环形件垂直固定在专用料架上，放入盐浴炉内进行固溶，固溶过程中，铝合金环形件因自重易产生较大径向变形。固溶保温后，铝合金环形件在淬火腔内采取垂直入水浸没淬火，先浸水部位与后浸水部位时间差使得环形件冷却不同步、冷却不均匀，淬火过程中，铝合金环形件易产生较大淬火残应力及大变形；环形件温度高于水的沸点时，环形件表面被一层气膜覆盖且不易破裂，把环形件与淬火介质隔开,降低了冷却速率；介质冷却能力调整困难，不能根据环形件几何及材料特性实行分阶段、分区控制冷却强度。

喷淋淬火是把冷却介质加压从喷嘴喷出用以冷却构件，较浸没淬火，具有冷却速率高、冷却强度可控、可实现构件同步冷却等特点，在钢板、铝合金板的淬火处理上得到较广泛应用，然而在环形件上运用较少。可能适用于环形件的喷淋淬火装置，公开有3个中国专利文献。文献1专利号98227376.2，文献2专利号200720187498.2，文献3专利申请公布号CN 101701329。

文献1所述淬火装置提出了用喷淋方式对一种环形件进行淬火，淬火时，工件旋转以提高喷淋均匀性。但因存在如下不足不能推广至铝合金环形件的喷淋淬火处理：根据其描述，推断淬火炉与加热炉为水平布置，随着环形件外径尺寸增大，转移路程增加明显，环形件转移时间长，转移时间难以满足技术要求(铝合金转移时间一般希望在10s以内)，加热炉、淬火炉二者所占地面空间大，处理大直径环形件时，转移时间及占地面积大的问题更加突出；未设置专门喷嘴冷却环形件端面，忽视了端面冷却对构件影响，实际上随着构件尺寸的增加，这些影响不能忽视。

文献2针对铝合金构件提出了一种喷淋淬火装置，加热炉与淬火炉成上下垂直布置，由单一物料运输系统在加热炉与淬火炉间转移工件，缩短了工件从加热炉至淬火炉转移时间，减少了设备整体所占地面空间。但是，因存在如下缺点不能满足铝合金环形件喷淋淬火需要：工件、喷嘴均静止，未采取措施消除喷嘴布置及喷嘴制造偏差对工件冷却均匀性的影响；加热炉为圆柱形，如对环形件加热，空置空间大，浪费能源；未设置专门喷嘴冷却环形件端面，忽视了端面冷却对构件影响，实际上随着构件尺寸的增加，这些影响不能忽视。

文献3提出了一种米级铝合金锻环的喷淋淬火工艺，其所涉及的喷淋淬火设备其特征在于加热炉与辊底式喷淋淬火装置成水平布置，锻环水平放置进行加热及喷淋淬火，实现工件内外表面及上下端面的同时喷淋淬火。所述方案部分解决了铝合金环形件传统淬火方法所存在的缺陷，但还有如下缺点：加热炉为圆柱形，对于环形件，无效加热空腔大，浪费能源；加热炉与淬火炉水平布置，占地面积大、转移路径长，需附加设备把环形件从加热区转移至喷淋淬火区，转移时间长，重复性差；常见航空航天用铝合金环形件轴向高度远大于截面厚度，然而本装置中喷嘴从环形件轴向的上、下方向向环形件端面、侧面喷淋冷却介质，导致侧面冷却强度较难得到满足，构件淬火均匀性难以保证。上述问题随着铝合金环形件直径增大变得更加突出。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种占地场地小、转移路程短且受环形件径向尺寸影响小、节省能源、提高炉内温度分布均匀性和喷淋均匀性的铝合金环形件喷淋淬火设备。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种该铝合金环形件喷淋淬火设备的使用方法。