專利名稱：頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝及中頻淬火機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淬火熱處理工藝及設(shè)備，尤其涉及一種頂梁如DFB型頂梁 淬火熱處理工藝及中頻淬火機床及淬火機床。
背景技術(shù)：
DFB型頂梁是煤礦用支護產(chǎn)品。由于礦井下的地質(zhì)條件特殊，頂梁在礦井 下使用過程中受力復(fù)雜。使用過程中，頂梁不允許脆斷，且不能發(fā)生嚴(yán)重變形， 因此要求頂梁具有良好的力學(xué)性能，即在保證有較高強度前提下，要有良好的
塑性和韌性。
目前，頂梁進行熱處理調(diào)質(zhì)采用淬火和回火的方法， 一般采用臺式或箱式 電阻爐，整體加熱，整體淬火冷卻的方法；由于這種加熱方法是利用熱輻射和 熱對流使工件溫度升高，熱效率低，加熱時間長，造成工件表面脫碳嚴(yán)重，同 時淬火冷卻不均勻，造成工件淬火硬度不均勻，影響頂梁力學(xué)性能，使用壽命 較短；另外由于加熱時間長，淬火冷卻不均勻，頂梁變形嚴(yán)重；傳統(tǒng)的淬火方 法工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低。
感應(yīng)加熱是表面淬火較理想的一種加熱方式，感應(yīng)加熱是靠工件內(nèi)部感應(yīng) 電流直接加熱的，也稱內(nèi)源加熱，具有熱效率高，加熱速度快的特點。工件放 在加熱器中，加熱器連接感應(yīng)設(shè)備輸出端，當(dāng)一定頻率的交流電通過加熱器時， 由于電磁感應(yīng)及鄰近效應(yīng)，即在工件中產(chǎn)生與加熱器中電流方向相反的感應(yīng)電 流，即形成渦流。在渦流及工件本身電阻的作用下，電能即轉(zhuǎn)化為熱能，從而 使工件得到加熱。根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼熱態(tài)電流透入深度A8。crc^^E (mm)，(式中f為 感應(yīng)電流頻率，單位為Hz)，根據(jù)該公式可知工件]^應(yīng)加熱深度與感應(yīng)電 流頻率有關(guān)系(本工藝發(fā)明采用的中頻設(shè)備頻率為2500Hz，功率為250kW)。 目前感應(yīng)加熱淬火主要用于金屬工件表面局部淬火，如金剛石鋸片、鉆頭、車 刀、機床導(dǎo)軌、齒輪、汽車萬向節(jié)、曲軸、緊固件等。由于頂梁的特殊結(jié)構(gòu)、 材料特征及要求的力學(xué)性能，現(xiàn)有感應(yīng)加熱淬火方法不適用于頂梁的熱處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)頂梁淬火工藝存在的加熱時間長，造成工件表面 脫碳嚴(yán)重，工件淬火硬度高低不一，力學(xué)性能不穩(wěn)定，使用壽命較短；生產(chǎn)效率低，熱效率低；整體冷卻淬火，引起工件變形嚴(yán)重，工人勞動強度大等缺點， 提供一種加熱速度快，生產(chǎn)效率高，熱效率高；工件質(zhì)量穩(wěn)定，力學(xué)性能優(yōu)良， 工件變形小，降低工人勞動強度的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝專用的中 頻淬火機床。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，包括淬火和回火，其中淬火時采用中
頻感應(yīng)淬火，淬火參數(shù)如下淬火溫度為930~970°C，優(yōu)選的淬火溫度為930 939 。C或941~959 。C或961-970 。C ;頂梁在中頻淬火機床上運行速度為 0.62 0.72m/min;加熱后通過噴淬器進行噴水冷卻。
本發(fā)明中噴水冷卻時噴水壓力為0.9-1.1 Mpa，水溫為10-40 °C;回火溫度 依據(jù)以下公式計算確定，回火保溫時間為100 120min，
<formula>formula see original document page 4</formula>
式中，C當(dāng)二C+^^; C、 Si、 Mn分別為材料中碳、硅、錳元素含量的百 分?jǐn)?shù)。 1
一種適用于本發(fā)明的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝的中頻淬火機床，該中 頻淬火機床包括床身、設(shè)在床身上的加熱器和噴淬器；在床身的一端還設(shè)有驅(qū) 動裝置，驅(qū)動裝置通過傳送鏈與動力裝置連接；在床身的另一端還設(shè)有壓緊裝 置；床身上設(shè)有確保頂梁平穩(wěn)運行的托輥和保證頂梁運行方向的立輥；噴淬器 的噴水孔軸線與頂梁在機床上運行方向的夾角為60-80度。
本發(fā)明工藝中所用的中頻淬火機床上的加熱器采用本發(fā)明人申請的專利技 術(shù)(專利號ZL02 2 86984. 0)，噴淬器采用本發(fā)明人申請的專利技術(shù)(專利號:ZL 02 2 86825.9)。
由于本發(fā)明頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝采用了上述的技術(shù)方案，因此本 發(fā)明具有以下優(yōu)點(與傳統(tǒng)熱處理工藝相比)(1)加熱速度快，生產(chǎn)效率可提 高40% 60%; (2)感應(yīng)加熱時，依靠頂梁內(nèi)部感應(yīng)電流直接加熱，熱損失少， 熱效率可提高30%~40%; (3)頂梁質(zhì)量穩(wěn)定，力學(xué)性能優(yōu)良，頂梁使用壽命可 提高30~60%; (4)頂梁熱處理后變形小，不須矯正(傳統(tǒng)工藝熱處理的頂梁變 形大，每根頂梁均須矯正)；(5)頂梁淬火易實現(xiàn)自動化、機械化，降低工人勞 動強度。


附圖為本發(fā)明的中頻淬火機床結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1
中頻淬火機床包括床身5、設(shè)在床身5上的加熱器2和噴淬器3;在床身的 一端還設(shè)有驅(qū)動裝置1，驅(qū)動裝置1通過傳送鏈與動力裝置8連接，在床身的另 一端還設(shè)有壓緊裝置4;床身上設(shè)有確保頂梁平穩(wěn)運行的托輥7和確保頂梁9運 行方向立輥6;噴淬器3的噴水孔軸線與頂梁9在機床上運行方向的夾角為60 80度。
淬火機床工作原理淬火時，將頂梁9放在加熱器2中，加熱器2通過紫 銅帶11連接中頻設(shè)備10輸出端，當(dāng)一定頻率的交流電通過加熱器2時，由于 電磁感應(yīng)及鄰近效應(yīng)，即在頂梁9中產(chǎn)生與加熱器2中電流方向相反的感應(yīng)電 流，即形成渦流。在渦流及頂梁本身電阻的作用下，根據(jù)焦耳一楞次定律， Q=0.24I2Rt，電能即轉(zhuǎn)化為熱能，從而使頂梁9得到加熱。通過驅(qū)動裝置l驅(qū)動 頂梁9在淬火機床上移動，壓緊裝置4及立輥6、托輥7確保頂梁9運行平穩(wěn)和 運行方向，頂梁9從加熱器2通過，以實現(xiàn)加熱之目的；加熱的頂梁9從噴淬 器3通過，以實現(xiàn)淬火冷卻之目的。
淬火參參數(shù)如下淬火溫度為930°C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為 0.72m/min;加熱后通過噴淬器進行噴水冷卻，噴淬器噴水壓力為0.9 Mpa，水 溫為10°C。
頂梁經(jīng)中頻感應(yīng)淬火后，采用整體回火工藝，回火加熱設(shè)備為普通臺式電 阻爐，依據(jù)以下公式計算確定回火溫度， T (°C) =480°C+ (C當(dāng)-0.5) X50(TC，
式中，Ca=C+^^; C、 Si、 Mn分別為材料中碳、硅、錳元素含量的百 分?jǐn)?shù)。本批頂梁材料化學(xué)元素C、 Si、 Mn成分含量分別為C: 0.24%， Si: 1.13%， Mn: 1.12%,根據(jù)公式計算確定回火溫度為460°C 。回火保溫時間為100min。
本發(fā)明人依據(jù)實驗研究確定此回火溫度公式，該公式只適用于材質(zhì)為 27SiMn頂梁中頻感應(yīng)加熱淬火后的回火；同時頂梁材料中化學(xué)元素成分含量偏 差符合標(biāo)準(zhǔn)要求；另外根據(jù)該公式計算出的回火溫度采取四舍五入法精確到十位。
在感應(yīng)加熱時，由于加熱速度快，相變在很大過熱度下進行的，其形核率和晶粒長大速度都增加；但隨著過熱度增加，形核率的增加大于晶粒長大速度 的增加，所以在同樣的加熱溫度下，加熱速度愈快，所得到的奧氏體實際晶粒 就越小，淬火后，馬氏體也較細(xì)小，硬度也較高。因此，感應(yīng)加熱淬火后，硬 度比普通加熱淬火硬度高，淬火后，回火溫度也應(yīng)相應(yīng)提高；同時由于不同批 次頂梁原材料(27SiMn)中化學(xué)元素C、 Si、 Mn含量有所不同，每批頂梁回火 溫度有所差異，為此，研究出確定回火溫度的公式。 實施例2
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為932'C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.71 m/min;淬火時 噴淬器噴水壓力為0.92Mpa，水溫為12 °C。
本批頂梁材料化學(xué)元素C、 Si、 Mn成分含量分別為C: 0.31%, Si: 1.32%, Mn: 1.35%，根據(jù)回火溫度公式計算確定回火溫度為52(TC。
回火保溫時間為102min。
實施例3
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為935。C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.70m/min;淬火時 噴淬器噴水壓力為0.94Mpa，水溫為14°C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.26%， Si: 1.31%， Mn: 1.25%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為490°C。
回火保溫時間為104min。 實施例4
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點 .
淬火溫度為937。C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.69m/min;淬火時 噴淬器噴水壓力為0.96Mpa，水溫為16 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.27%， Si: 1.20%， Mn: 1.18%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為480。C。 回火保溫時間為106min。 實施例5中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為939 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.68 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為0.98Mpa，水溫為18 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.30°/。， Si: 1.14%， Mn: 1.32%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為50(TC。 回火保溫時間為108 min。 實施例6
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下
不同點
淬火溫度為941 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.67 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為l.OOMpa，水溫為20 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.25%， Si: 1.15%， Mn: 1.12%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為470"C。 回火保溫時間為110min。 實施例7
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為947。C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.66m/min;淬火時 噴淬器噴水壓力為1.02Mpa，水溫為22'C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.32%， Si: 1.33%, Mn: 1.35%,根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為520'C。 回火保溫時間為112min。 實施例8
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下
不同點
淬火溫度為955 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.65 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為1.04Mpa，水溫為24 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.27%， Si: 1.31%， Mn: 1.23%,根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為49(TC。回火保溫時間為114min。 實施例9
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為959 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.64 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為1.06Mpa，水溫為26 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.30%， Si: 1.19%, Mn: 1.36°/。，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為510'C。 回火保溫時間為116min。 實施例10
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例h重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為961 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.63 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為1.08Mpa，水溫為29 °C 。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.25%， Si: 1.21%, Mn: 1.31%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為48(TC。 回火保溫時間為U8min。 實施例11 '
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例h重復(fù)實施例1的方法，有以下
不同點
淬火溫度為965 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.63 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為1.10Mpa，水溫為35 °C。
本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.32%， Si: 1.40%， Mn: 1.39%，根據(jù)
回火溫度公式計算確定:.回火溫度為530°C。 回火保溫時間為120min。 實施例12
中頻淬火機床及機床的工作原理同實施例1;重復(fù)實施例1的方法，有以下 不同點
淬火溫度為970 °C，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.62 m/min;淬火 時噴淬器噴水壓力為1.10Mpa，水溫為4(TC。本批頂梁材料化學(xué)成分含量為C: 0.31%， Si: 1.19°/。， Mm 1.36%,根據(jù)
回火溫度公式計算確定回火溫度為51(TC。 回火保溫時間為116min。
權(quán)利要求
1. 一種頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，包括淬火和回火，其特征在于淬火時采用中頻感應(yīng)+淬火，淬火參數(shù)如下淬火溫度為930～970℃；頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.62～0.72m/min；加熱后通過噴淬器進行噴水冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，其特征在于淬火溫 度為930~939 °C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，其特征在于:淬火溫度為941 959 。C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，其特征在于淬火溫度為961-970 °C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，其特征 在于噴水冷卻時噴水壓力為0.9 l.lMpa，水溫為10 4(TC。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝，其特征 在于回火溫度依據(jù)以下公式計算確定；回火保溫時間為100-120 min，T (°C) =480°C+ (C當(dāng)-0.5) X500。C式中，C當(dāng)二C+^^; C、 Si、 Mn分別為材料中碳、硅、錳元素含量 的百分?jǐn)?shù)。 1
7. —種適用于權(quán)利要求1或2或3或4所述的頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝的 中頻淬火機床，其特征在于該中頻淬火機床包括床身5、設(shè)在床身5上的加 熱器2和噴淬器3;在床身的一端還設(shè)有驅(qū)動裝置1，驅(qū)動裝置1通過傳送鏈 與動力裝置8連接，在床身的另一端還設(shè)有壓緊裝置4;床身上設(shè)有確保頂梁 9平穩(wěn)運行的立輥6和托輥7。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的中頻淬火機床，其特征在于所述噴淬器的噴水孔軸 線與頂梁在機床上運行方向的夾角為60~80度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頂梁中頻感應(yīng)淬火熱處理工藝及設(shè)備，包括淬火和回火，其中淬火采用中頻感應(yīng)加熱淬火，采用獨創(chuàng)的中頻淬火機床；淬火參數(shù)如下淬火溫度為930～970℃，頂梁在中頻淬火機床上運行速度為0.62～0.72m/min，頂梁運行通過加熱器進行加熱，加熱后運行通過噴淬器進行噴水冷卻淬火，噴水壓力為0.9～1.1MPa；回火溫度根據(jù)頂梁原材料中化學(xué)元素C、Si、Mn含量的百分?jǐn)?shù)，利用本發(fā)明人研究的公式計算確定。本頂梁熱處理工藝方法優(yōu)點加熱速度快，生產(chǎn)效率高，熱效率高；頂梁質(zhì)量穩(wěn)定，力學(xué)性能優(yōu)良，頂梁變形小等。
文檔編號C21D1/62GK101435010SQ20071018999
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者旗 丁, 馮俊杰, 楊國正, 王林縫, 高金華 申請人:楊國正;馮俊杰