流化床的快速淬火法制造技术

本发明专利技术介绍了一种能使制品在流化床中快速淬火的方法，其中，用一定流量的高传导性气体使由具一定的颗粒类型和尺寸的颗粒组成的床流态化。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及流(态)化床中的制品淬火，并且，本专利技术特别有利于流化床中的金属零件的淬火。在物品热处理中广泛地用淬火来快速改变物品的温度。虽然也可用淬火来快速升高物品的温度，但是一般用淬火来快速降低物品的温度。通常需要淬火的物品是金属零件。按照惯例，可以用多种方法进行淬火。在喷雾淬火中，将液体喷到待淬火的物品上。在气体淬火中，将物品置于流动的气流或气化物中，例如空气、氮、氩、氦、氢、蒸汽或燃烧产物。在烟雾淬火中，夹带液滴的气体或蒸汽流直接向着要淬火的物品表面。在浸渍淬火中，将物品浸在液浴中，例如水、盐水、油、熔盐、聚合物溶液或液态制冷剂。虽然，人们较满意地使用了那些传统的淬火方法，但是，那些传统的淬火方法存在许多缺点。例如，往往会在淬火物品上留下一层象油淬火剂之类的液体，必须将它清理掉。因此一些象熔盐之类的淬火剂(quenchant)存在清理的问题。其他一些淬火剂，例如聚合物和油类，由于老化而变质，必须更换掉。某些淬火剂的另一个缺点是，事实上的淬火温度往往是它们的沸腾温度，从而引起沿着制品表面的传热速度发生发化。众所周知，供物品淬火用的流化床足以克服上述问题。经流化床淬火后，很少或不需要进行物品清理。并且，用于流化床的颗粒是惰性的，不会变质。然而，因为流化床的淬火速度太低，不能令人满意地淬火由任一金属制造的金属零件(在金属零件内不会形成不良较软相的深度淬火的合金除外)，所以硫化床未能广泛地用于淬火金属零件之类的物品。因此本专利技术的目的是提供一种经改进的热处理方法，其中，金属制品可以在流化床中进行淬火，同时可避免在金属制品内形成不良的较软相。本专利技术的目的还提供一种经改进的热处理方法，其中采用流化床可以有效地淬火金属制品。 本
的技术人员在阅读本专利技术公开的内容时，将显然地看到由本专利技术方法所达到的上述和其他的目的，其中的一个目的为热处理钢合金制品的方法，包括(a)提供奥氏体化温度的钢合金制品; (b)用高传导性气体使由细固体颗粒组成的床流态化，该高传导性气体的流量至少为最小流态化流量的1.5倍; (c)将该制品浸渍在床温在合金的Ms温度以下的上述流化床中; (d)使该制品在流化床中淬火一段时间，并使淬火速度足以达到合金的Ms温度，在该制品内基本上没有形成不良的较软相，而至少有一部分淬火阶段是采用高传导性气体使该床流(态)化，并且使该床在整个淬火期间保持在该合金的Ms温度以下的温度。 这里所使用的术语“淬火”，意指由于传热穿过物品界面时，物品的热含量迅速变化，其中热含量变化的速度超过置于或被静止气氛包围的物品的热含量变化的速度。 这里所使用的术语“淬火速度”，意指当该物品正在淬火时单位时间内穿过物品界面的传热量。 这里所使用的术语“床”，意指由固体颗粒所确定的体积。 这里所使用的术语“细固体颗粒”指的是有孔的或无孔的颗粒，颗粒密度在0.3至20克/立方厘米范围内，平均颗粒直径在30至1000微米范围内。 这里所使用的术语“流化床”是指让气体和(或)蒸汽之类的流体穿过的一种床，其中流体组分的流体拉力引起静止态固体组分的运动，在某种意义上可加强床中两种组分的混合。术语“流(态)化”来源于类似流体的性质，例如零点静止角、迁移性和压头相当于床的松密度，这种床是设想的。 这里所使用的术语“浸渍”意指在淬火过程中，流态化颗粒基本上包围了基本上整个制品都要处理或只是制品的一部分需要处理的制品的所有要处理的部分。 这里所使用的术语“最小流(态)化流量”意指为了使床在大气压力下达到流(态)化床的特征所必需的通过床的流体组分的最小体积流量。 这里所使用的术语“塌落的床”意指没有流体通过，或者通过床的流体少于最小流(态)化流量的床。 这里所使用的术语“高传导性气体”意指一种气体、气体混合物、蒸汽、蒸汽混合物或气体-蒸气混合物，它们的热传导在同样的温度和压力条件下，大于或等于80%氮和20%氦的混合物的热传导。 这里所使用的术语“钢合金制品”表示至少有一部分是由钢或铁合金所组成的成型制品。 这里所使用的术语“奥氏体化温度”表示钢合金制品的钢合金为奥氏体的温度。 这里所使用的术语“Ms温度”表示钢合金的奥氏体相开始转变成马氏体的温度。 这里所使用的术语“Mf温度”表示基本上所有的钢合金转变成马氏体的温度。 这里所使用的术语“较软相”指的是珠光体、铁素体、贝茵体等。 这里所使用的术语“鼻尖温度”表示奥氏体开始转变成转软相所需时间最少时的温度。 仅有附图是钢合金淬火曲线的示意图，叠加在钢合金的示意的时间、温度、转变(TTT)图上。 本专利技术方法尤其可用于钢合金制品的热处理，并且将以此类热处理为基础较详细地介绍本专利技术的方法。 本专利技术方法可以有效地淬火任一由钢合金组成的制品。本方法特别有利于淬火铬钼钢如AISI4130和4140，镍铬钼钢如AISI4340、8620、8630和9860，镍钼钢如AISI4640，铬钢如AISI5140，1100型钢如AISI1144和1141，以及可热处理的球墨铸铁和可锻铸铁。 使钢合金制品产生奥氏体或处于奥氏体化温度。大多数钢合金的奥氏体化温度在1500°F至1700°F范围内。在奥氏体化温度下钢合金的组织基本上全部为奥氏体。本
的技术人员都熟悉奥氏体、马氏体、珠光体、铁素体和贝茵体等术语，并且可以在许多有关热处理或冶金学的教科书中找到这些合金组织的定义，例如热处理指南、钢的实验标准与生产过程(1982年俄亥俄州，金属Park，美国金属学会Unterweiser等人编辑)、等温转变和冷却转变的图册(1977年俄亥俄州，金属Park，美国金属学会出版)和金属手册第4卷热处理(1981年俄亥俄州，金属Park，美国金属学会出版)。 对本专利技术方法有效用的床是由细固体颗粒组成的。可以作为本专利技术使用的一些床颗粒类型的实例为金属氧化物粉末，如氧化铝、氧化铬、氧化铁和氧化钛，耐火材料粉末如二氧化硅、富铝红柱石、菱镁矿、氧化锆和镁橄榄石，以及固态的纯元素如铁、铜、镍和碳。 本专利技术方法的有效床颗粒的平均粒径在30至1000微米范围内。较小的颗粒很不容易流(态)化，并且引起传热不充分，可是较大的颗粒同传热表面接触次数不够，导致不良的传热，此外还需要大量的气体来使床流(态)化。 籍高传导性气体通过而使床流(态)化。为了使本专利技术方法得到满意的结果，采用高传导性气体是很重要的。因为，特别是在奥氏体化温度下，为了达到淬火速度，需要较高的传导性，使淬火速度能够达到Ms温度而在钢合金中不会产生较软相，一些高传导性气体的实例包括氦、氢和偶缔合氨(diassociated ammonia)。另外还有纯粹的高传导性气体如氢或氦与低传导性气体的混合物，只要该混合物符合在这里所规定的高传导性气体的要求。 用高传导性气体使床流(态)化，气体流量至少等于所使用的特定的床颗粒类型和尺寸所需的最小流(态)化流量的1.5倍，高传导性气体的流量最好在最小流(态)化流量的2至7倍的范围内。低于所规定的最小流量时颗粒流动缓慢，从而导致传热效果差。当流量超过最小流(态)化流量的15倍左右时，较小颗粒可能会开始被输出床外。 正当按需要的气体流量，用高传导性气体使床流(态)化时，将该奥氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
热处理钢合金制品的方法，包括：（ａ）提供奥氏体化温度的钢合金制品，（ｂ）用高传导性气体使由细固体颗粒组成的床流（态）化，该高传导性气体的流量至少为最小流（态）化流量的１．５倍，（ｃ）将制品浸渍在床温在合金的Ｍ↓〔ｓ〕温度以下的上 述流（态）化床中，（ｄ）使该制品在床中淬火一段时间，并且其淬火速度足以达到合金的Ｍｓ温度，而在该制品内基本上没有形成不良的较软相，另一方面，至少有一部分淬火阶段是采用高传导性气体使床流（态）化，并且使该床在整个淬火期间都保持在该合金的Ｍ ↓〔ｓ〕温度以下的温度。

【技术特征摘要】
US 1986-9-30 9133201.热处理钢合金制品的方法，包括(a)提供奥氏体化温度的钢合金制品，(b)用高传导性气体使由细固体颗粒组成的床流(态)化，该高传导性气体的流量至少为最小流(态)化流量的1.5倍，(c)将制品浸渍在床温在合金的Ms温度以下的上述流(态)化床中，(d)使该制品在床中淬火一段时间，并且其淬火速度足以达到合金的Ms温度，而在该制品内基本上没有形成不良的较软相，另一方面，至少有一部分淬火阶段是采用高传导性气体使床流(态)化，并且使该床在整个淬火期间都保持在该合金的Ms温度以下的温度。2.根据权利要求1的方法，其中在工序(d)的整个阶段中用高传导性气体使床流(态)化。3.根据权利要求1的方法，其中只是在工序(d)的一部分阶段中，用高传导性气体使床流(态)化。4.根据权利要求3的方法，其中用高传导性气体使床流(态)化的工序(d)的部分阶段是该阶段的起始部分。5.根据权利要求3的方法，其中至少在工序(d)的某些阶段中，当不用高传导性气体使床流(态)化时，可以低传导性气体使床流(态)化。6.根据权利要求3的方法，其中至少在工序(d)的某些阶段中，当不用高传导性气体使床流(态)化时，可以塌落状态操作该床。7.根据权利要求1的方法，其中的高传导性气体是氦。8.根据权利要求1的方法，其中的高传导性气体是氢。9.根据权利要求1的方法，其中，在工序(d)之后，可使制品进一步在床中保留另一段时间，并使制品进一步淬火到Mf温度。10.根据权利要求9的方法，其中，在所说的另一段时间内至少有一些时间是用高传导性气体使床流(态)化。11.根据权利要求9的方法，其中，在另一段时间内至少有一些时间是用低传导性气体使床流(态)化。12.根据权利要求9的方法，其中，在另一段时间内至少有一些时间，可以塌落状态操作该床。13.根据权利要求1的方法，其中使床温保持在Mf温度以下。14.根据权利要求1的方法，其中工序(d)开始时的起始淬火速度为在不到24秒的时间内，可使7/8英寸直径的镍球从1600°F冷却到680°F。15.用于钢合金制品分级淬火的权利要求9的方法，其中，当制品温度已降到鼻尖温度以下但仍在Ms温度以上时，可用低传导性气体使床流(态)化，并且使制品在床中淬火到Mf温度。16.用于钢合金制品分级淬火的权利要求9的方法，其中当制品温度已降到鼻尖温度以下，但仍在Ms点温度以上时，使床塌落一段时间，以便足以使制品温度达到均匀，其后用低传导性气体使床重新流(态)化，并且使制品在床中淬火到Mf温度。17.用于钢合金制品的改良的分级淬火的权利要求9的方法，其中，当制品温度已降到Ms温度以下但仍在Mf温度以上时，可用低传导性气体使床流(态)化，并且使制品在床中淬火到Mf温度。18.用于钢合金制品的改良的分级淬火的权利要求9的方法，其中，当制品温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰克范登西普，马克安东尼德拉诺，
申请(专利权)人：联合碳化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]