[发明专利]钢或铸铁件表面的淬火方法及装置

说明书

本发明涉及一种零件表面的淬火方法，主要适用于钢或铸铁零件的表面淬火。采用的方法主要是将零件表面局部加热，随后冷却从而进行表面淬火。

通常钢或铸铁零件的表面淬火主要的加热方式是采用高频或电炉，然后在液体或气体介质中冷却，从而完成淬火的工艺。这些方法淬火的缺陷是造成零件表面脱碳，且表面层存在残余应力，会引起翘曲变形造成零件形状和尺寸的改变，需要进一步校正或磨削加工，增加了工艺过程；另外，不能实现零件局部或微区的淬火。在德国专利(DE196 26 008 A1)中，提出了一种离散淬火或不连续淬火的方法，即按一定的分布规律在表面一些点区淬火。该专利方法是用电极将脉冲电能供给欲淬火的微区，将零件表面微区加热至奥氏体化温度Ac₃以上，随后将热量传导至零件内部使该微区自然冷却，从而完成该微区淬火的过程，然后将电极移至下一个微区重复以上步骤。利用该专利方法虽然可以减小表面淬火层的残余应力，无需专用的淬火介质且不改变零件的形状和尺寸。该专利方法的缺陷在于不能有效的提高淬火层的深度，原因在于欲增加淬火层深度时，必须增加脉冲电能。而脉冲电能的增加将产生电火花，该电火花的产生的等离子体的屏蔽作用阻止电能进入零件内层，限制了增加淬火层深度的可能；第二、由于电火花的放电，造成零件表面出现焊口和凹陷，增加了被加工件表面的粗糙度，极大影响淬火零件的表面质量。另外，对于薄壁件和重量小的零件进行表面淬火过程中的冷却速度过于缓慢，造成零件整个表面不具有相同的冷却条件，影响淬火质量。

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出了一种钢或铸铁零件的表面淬火的方法及装置，使电极与被加工零件的表面牢固接触，达到增加淬火层深度，保持零件表面光洁度，并使零件表面具有相同冷却条件，从而提高零件表面淬火的质量。

本发明的技术思想是，利用电极脉冲电能将零件表面局部区域加热至AC3温度以上，然后利用热传导将热量传导至零件内部，对淬火区域进行冷却，其特征在于：调整电极脉冲电流的大小和脉冲持续的时间，可增加淬火层深度。为阻止电火花的产生，使电极(4)与被加工零件(1)紧密牢固的接触，然后再利用脉冲电能进行加热。

保持电极(4)与被加工零件(1)的牢固接触，可以采用对脉冲电极(4)施加压力P的方法，以在实施加大脉冲电流对零件进行加热和冷却的过程中，防止电火花的产生，并且在电脉冲加热后的冷却过程中，淬火区可通过电极的热传导加速冷却。

为消除电极与零件之间产生电火花的可能性，本发明中还提出了在电极端部涂有灭弧涂层(3)，以调节相互接触的电极(4)与被加工零件(1)之间的电阻，这样即可调节零件表面热的逸散和往零件内的逸散深度，达到最终调节淬火区(2)加热中的温度场，保持零件表面光洁度。

为保障每一个淬火微区热传导逸散条件相同，在电极(4)的工作区域设计一个水冷系统(5)，使零件表面具有相同冷却条件，从而提高零件表面淬火的质量。

为实现上述技术思想，本发明提出一种离散淬火的装置，其特征在于：在变压器(6)的初级线圈连接电脉冲发生器(7)，次级线圈连接电极(4)，电极(4)的中部设计循环水冷系统(5)。

为保持电极(4)与被加工零件(1)的牢固接触，在电极(4)的上端设计机械加压件P。

为消除电极与零件之间产生电火花的可能性，在在电极(4)下端涂有灭弧涂层(3)。

附图说明：

图1：示意图

图2：实施例示意图1-零件    2-淬火微区    3-涂层    4-电极    5-水冷系统    6-变压器7-电脉冲发生器

本发明将结合实施例(附图)作进一步描述：

本实施例中电极(4)采用粉末钨渗铜，电极末端直径为2mm，电脉冲发生器(7)的脉冲持续时间0.2秒，电脉冲峰值电流为150A/mm²；电极(4)的上端设计的机械加压件P使电极(4)上端的压力为5kg，灭弧涂层(3)采用铜合金，电极(4)的冷却系统(5)采用循环水的方式。当采用本发明方法和装置对45号钢进行淬火时，淬火区面积比约为50％，45号钢获得淬硬区的硬度HRC56，此时钢件的耐磨性为均匀表面淬火件的3倍。

本发明相比现有技术的优点在于：可增加淬火层深度，保持零件表面光洁度，并使零件表面具有相同冷却条件，从而提高零件表面淬火的质量。本发明提出的方法及装置，在国内外具有良好的应用前景和相当范围的应用市场。