本發(fā)明涉及一種根據(jù)專利權(quán)利要求1前序部分所述的、用于感應(yīng)淬火系統(tǒng)的感應(yīng)器，以及所述感應(yīng)淬火系統(tǒng)和用于對工件感應(yīng)淬火的方法。

背景技術(shù)：

在對軸承圈(特別是大型滾動軸承)的滾道進行淬火時，現(xiàn)在普遍采用的是感應(yīng)淬火工藝，在此工藝過程中借助感應(yīng)器通過感應(yīng)加熱滾道，然后用從淬火噴淋器中流出的冷卻液將其淬火冷卻。在這種情況下，特別是對大型的軸承圈，選擇性地在感應(yīng)器的部分區(qū)域中將其滾道加熱至奧氏體化溫度(Austenitisierungstemperatur)以上的溫度并采用淬火噴淋器將其迅速冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度(Martensit-Starttemperatur)以下的溫度，從而使到奧氏體組織的轉(zhuǎn)變在滾道外層中進行，而內(nèi)部區(qū)域依然保持初始組織不變。這樣可以實現(xiàn)滾道能夠承受大的機械載荷，但與此同時，通過未奧氏體化的內(nèi)部區(qū)域可以確保軸承圈仍保持其預(yù)定的韌性并具有足夠的穩(wěn)定性以防止龜裂的形成(Rissbildung)。

為了實現(xiàn)選擇性地加熱，采用感應(yīng)器，并使感應(yīng)器相對于工件(特別是相對于軸承圈)移動。在此可以移動感應(yīng)器和工件這兩者中的任何一個。此外，為了得到最佳結(jié)果還使感應(yīng)器配合待處理工件的輪廓形狀。

在此，感應(yīng)器通常包括：用于加熱工件的感應(yīng)線圈，以及，用于淬火冷卻被加熱部分的淬火噴淋器。如上所述，冷卻液就被用于以下用途，即其使得被加熱部分的溫度迅速從奧氏體化溫度降低至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度，由此盡最大可能完成馬氏體轉(zhuǎn)變過程。但是在這里必須注意的是，當感應(yīng)器運行時，液態(tài)冷卻介質(zhì)不可觸及感應(yīng)線圈的加熱區(qū)，否則可能會因蒸發(fā)引起的溫度波動而增加龜裂的形成或發(fā)生不希望的組織變化。

因此，像在例如DE 10 2010 002 531中描述的那樣，提出用冷卻氣體將液 體冷卻介質(zhì)霧化成冷卻劑霧流(Kühlnebel)，該冷卻劑霧流會即時在加熱后的工件上蒸發(fā)掉，所以不會再作為液體落在工件上。

但現(xiàn)有技術(shù)的缺點在于，在相對于工件移動的感應(yīng)器上不可能使用冷卻劑霧流，因為冷卻劑霧流也可能不受控制地沉降到實際上要被加熱的表面上。這樣會使加熱區(qū)大大冷卻，結(jié)果必須得向感應(yīng)器提供明顯較多的能量，以達到工件加熱區(qū)要求的奧氏體化溫度以上的溫度。

或者也已公知的是，在感應(yīng)線圈與淬火噴淋器之間使用密封空氣噴淋器(Sperrluftdusche)，該密封空氣噴淋器將提供用于確保對冷卻液進行限制使其進入加熱區(qū)的密封空氣幕(Sperrluftvorhang)。

但使用密封空氣的裝置卻表明，淬火噴淋器和感應(yīng)線圈彼此之間必須相距非常遠，以便使密封空氣能夠發(fā)揮足夠的作用。這樣一來使得最佳淬火過程的加熱和驟冷之間的時間太長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種改善現(xiàn)有技術(shù)上述缺點的感應(yīng)器。

該目的通過專利權(quán)利要求1所述的感應(yīng)器，專利權(quán)利要求8所述的感應(yīng)淬火系統(tǒng)，以及專利權(quán)利要求9所述用于感應(yīng)淬火的方法得以實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于感應(yīng)淬火系統(tǒng)的感應(yīng)器，該感應(yīng)器包含用于在加熱區(qū)中加熱待淬火工件的加熱元件，其中加熱元件具有第一和第二感應(yīng)線圈，這兩個線圈之間設(shè)置有氣體排放裝置(特別是冷卻氣體排放裝置)。根據(jù)本發(fā)明，氣體排放裝置在此負責確保加熱區(qū)不接觸后續(xù)設(shè)置的淬火裝置的冷卻液入口，因為氣體在碰到待處理的工件時從工件表面偏離，由此產(chǎn)生使冷卻液遠離加熱區(qū)的定向氣流。在此應(yīng)特別注意，氣體出口不是如現(xiàn)有技術(shù)公知的那樣被設(shè)置在淬火噴淋器上，而實際上是設(shè)置在感應(yīng)線圈的加熱區(qū)中的。這樣一來就可將淬火裝置設(shè)置得比現(xiàn)有技術(shù)更加靠近感應(yīng)線圈，從而縮短加熱與淬火之間的時間并且可以實現(xiàn)更好的淬火效果。

但在加熱區(qū)范圍內(nèi)因氣流引起的冷卻不如使用同樣從現(xiàn)有技術(shù)公知的冷卻劑霧流那般徹底，后者的蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生重大的影響，致使在加熱區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生非常強的冷卻。有利的是，已經(jīng)表明可以容許甚至將工件在氣體出口區(qū)域中冷卻至奧氏體化溫度以下的溫度。只是將溫度降低 到低于馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度，如淬火時那樣，將很可能會對能量平衡和組織的形成造成非常負面的影響。

如優(yōu)選的實施例所示，氣體排放裝置甚至可以被構(gòu)造成冷卻氣體排放裝置，通過它將冷卻氣體引導到工件上。由于氣體排放裝置被設(shè)置在兩個感應(yīng)線圈之間，因此通過它的氣流會碰到由感應(yīng)線圈加熱的表面。在此已經(jīng)表明，使用冷卻氣體時氣體在工件表面上的偏轉(zhuǎn)流動可以通過額外的熱動力學組件得以增強，從而可以實現(xiàn)特別好的氣體流動來使待加熱的表面遠離冷卻液。

根據(jù)另一個優(yōu)選的實施例，對特別好且有針對性地使氣體置于工件表面進一步有利的是，氣體排放裝置具有至少一個氣體噴嘴，通過該氣體噴嘴，氣體，特別是壓縮空氣，能被引導至待淬火的工件上。通過該氣體噴嘴產(chǎn)生很好定向的氣流，該氣流在碰到工件表面時產(chǎn)生強烈的偏轉(zhuǎn)流動，它可以可靠地阻止冷卻液進入加熱區(qū)。

根據(jù)另一個優(yōu)選的實施例，位于第二感應(yīng)線圈的后面，感應(yīng)器上包括用冷卻液來淬火的淬火裝置。該淬火裝置在此除了用于排出冷卻液的出口之外也可具有用于排出冷卻氣體的出口，其中冷卻氣體確保在用冷卻液進行實際淬火之前預(yù)冷卻工件。由此可以提供將感應(yīng)淬火法所需的全部部件集成在一個位置的感應(yīng)器。由于另外還要確保通過設(shè)置在第一和第二感應(yīng)線圈之間的氣體排放裝置不會發(fā)生冷卻液進入兩個感應(yīng)線圈的加熱區(qū)這種情況，因此有可能使淬火裝置與第二感應(yīng)線圈直接相鄰設(shè)置。總而言之，這樣做可以加速感應(yīng)淬火過程并優(yōu)化加熱和淬火之間的間隔時間，從而使工件的淬火過程得以優(yōu)化。

在這種情況下應(yīng)該特別注意，從氣體排放裝置排出的氣流的冷卻效果不會對淬火過程產(chǎn)生負面影響。因為如另一個優(yōu)選的實施例所示，通過氣體排放裝置的氣體量可以調(diào)節(jié)，所以可以對氣體出口區(qū)域的溫降進行控制和監(jiān)控。在此特別有利的是，控制氣體量使氣體出口區(qū)域的溫降不會降至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下。但同時也表明，可以容許溫度降至奧氏體化溫度以下并且不會對淬火產(chǎn)生負面影響。實際上淬火冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度是通過采用淬火裝置施加的冷卻液來實現(xiàn)的，因為通過氣體冷卻不能實現(xiàn)所需要的、非常迅速地冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度。

優(yōu)選使用產(chǎn)生足夠大氣流的壓縮空氣來作為用于防止淬火裝置中的冷卻 液進入加熱區(qū)的氣體。

由于這樣的裝置特別適合用于軸承圈(例如大型滾動軸承的軸承圈)的淬火，因此進一步有利的是，感應(yīng)器具有以下幾何形狀，即被構(gòu)造成軸承圈(尤其是具有至少一處凸緣(Bord)的軸承圈)的負輪廓(Negativkontur)。但原則上在感應(yīng)淬火其它任何一個組件時都可以使用該裝置。

如果采用上述感應(yīng)器來淬火具有凸緣的軸承圈，則已經(jīng)證實，特別有利的是將氣體排放裝置設(shè)置在其幾何形狀對應(yīng)于至少一處凸緣的負輪廓的區(qū)域中。在此已經(jīng)表明，可以通過在軸承圈的凸緣上氣流的氣流偏轉(zhuǎn)來增強在淬火裝置方向上沿軸承圈表面的側(cè)面外流，從而可以實現(xiàn)特別可靠的阻擋效應(yīng)以阻止冷卻液進入。

本發(fā)明的另一方面涉及一種具有至少一個(優(yōu)選被可移動地設(shè)置的)上述感應(yīng)器的感應(yīng)淬火系統(tǒng)。

本發(fā)明的再一方面涉及一種方法，其用于采用上述感應(yīng)器或采用上述感應(yīng)淬火系統(tǒng)來感應(yīng)淬火金屬工件，其中該方法包括以下步驟：

采用第一感應(yīng)線圈和第二感應(yīng)線圈將工件的至少部分區(qū)域加熱至高于工件奧氏體化溫度的溫度T1；

采用由淬火裝置施加的淬火液將工件的至少部分區(qū)域淬火冷卻至低于馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度的溫度T2；以及

通過采用設(shè)置在第一感應(yīng)線圈和第二感應(yīng)線圈之間的氣體排放裝置來施加氣流(特別是壓縮空氣的氣流)，來阻止淬火液進入工件的待加熱的部分區(qū)域。

該方法有可能一方面在優(yōu)化的時限內(nèi)將工件置于奧氏體化溫度或可將其淬火冷卻至低于馬氏體溫度的溫度，由此可優(yōu)化淬火過程。如已知的那樣，第一和第二感應(yīng)線圈被用于加熱，而淬火裝置保證驟然冷卻并根據(jù)所用的材料盡可能完成鋼的組織轉(zhuǎn)變。但與此同時可通過設(shè)置氣體出口來阻止冷卻液進入工件的待加熱部分區(qū)域。由于氣體排放裝置被設(shè)置在第一和第二感應(yīng)線圈之間，因此由于氣流的阻擋效應(yīng)可直接隨后將冷卻液施加到加熱部分上，從而使淬火過程可以進行得比使用現(xiàn)有技術(shù)已知的感應(yīng)器更快。

根據(jù)另一個更優(yōu)的實施例，該方法還包括以下步驟，即調(diào)節(jié)經(jīng)由氣體排放裝置導入的氣體量，使通過施加氣流導致的溫度下降引發(fā)超過馬氏體轉(zhuǎn)變 起始溫度的問題，從而使實際淬火和停止轉(zhuǎn)變過程僅通過淬火裝置來實現(xiàn)。但是在這種情況下可以容許在不超過奧氏體化溫度的范圍內(nèi)產(chǎn)生溫度下降。通過這種容許(Toleranz)可以實現(xiàn)向工件施加最大氣流，該氣流確保可以可靠地阻止液體進入待加熱部分區(qū)域。

其它優(yōu)點和有利的實施例在從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中進行描述。說明書和附圖中的特征組合在此僅為示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚這些特征不必非得以指定的組合形式使用，而是也可以單獨使用或者以不同于指定的組合形式使用，并且不會因此而超出本發(fā)明的范圍。

附圖說明

下面借助附圖所示實施例來更加詳細地描述本發(fā)明的原理。實施例在此僅為示例性的且不應(yīng)限定本發(fā)明的范圍。這一點特別適用于組合描述的特征，這些特征在本發(fā)明范圍內(nèi)也可實現(xiàn)為單獨的特征。本申請的保護范圍僅由所附權(quán)利要求來限定。

圖中顯示：

圖1示出了軸承圈的感應(yīng)淬火系統(tǒng)的示意性頂視圖；

圖2示出了通過感應(yīng)器的示意性剖視圖，該感應(yīng)器設(shè)置在待淬火的軸承圈上；以及

圖3以透視圖示意性地描述了在圖1中所示感應(yīng)淬火系統(tǒng)中所用感應(yīng)器的優(yōu)選實施例。

在下文中相同或相似的組件用同一參考標記表示。

具體實施方式

圖1示意性地示出了大型軸承圈2的感應(yīng)淬火系統(tǒng)100的頂視圖。在此類感應(yīng)淬火系統(tǒng)100中通常將軸承圈2水平設(shè)置，其中軸承圈的滾道4上設(shè)置了感應(yīng)器6-1、6-2，它們沿軸承圈2移動(參照箭頭)，以便連續(xù)加熱滾道4，然后再將其淬火冷卻。感應(yīng)器6-1、6-2在此沿軸承圈2的圓周運動至它們到達與其起始位置相距180度左右的位置為止，從而使整個軸承圈2硬化。此類感應(yīng)淬火系統(tǒng)100是現(xiàn)有技術(shù)公知的，并且除了這里所描述的感應(yīng) 器6-1、6-2外還具有其它元件(例如其它感應(yīng)器6或其它單獨的淬火噴淋器)以實施淬火過程。圖1所示的感應(yīng)器6-1、6-2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造而成的并且通常包括加熱元件8，以便將在(加熱區(qū)12內(nèi)的)部分區(qū)域中的軸承圈2置于奧氏體化溫度以上的溫度，并且感應(yīng)器還具有在(箭頭指示的)運動方向上設(shè)置在后面的淬火裝置10，該設(shè)備將(在淬火區(qū)14內(nèi))被加熱的部分區(qū)域迅速淬火冷卻到在馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度并從而停止奧氏體化過程。由此可將邊緣區(qū)域中軸承圈2的滾動軸承鋼轉(zhuǎn)變成保證了高硬度的奧氏體組織，而在余下的軸承圈2中仍保持初始的鋼結(jié)構(gòu)，以便獲得軸承圈2期望的的韌性。圖1在感應(yīng)器上示意性地示出了加熱區(qū)12和淬火區(qū)14。當感應(yīng)器6在箭頭方向上移動時，加熱元件8將加熱區(qū)12加熱至奧氏體化溫度以上的溫度。當感應(yīng)器在箭頭方向上進一步移動時，加熱區(qū)12不受加熱元件8的影響并通過后面設(shè)置的淬火裝置10淬火冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度，從而轉(zhuǎn)換成淬火后的淬火區(qū)14。與此同時，加熱元件8已經(jīng)將軸承圈2上的下一個部分區(qū)域16加熱。

為了取得特別好的淬硬結(jié)果，將根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器6的輪廓構(gòu)造成待淬火工件的負輪廓。因此，例如圖2就示意性地示出了通過軸承圈2和感應(yīng)器6的剖視圖。如圖所示，在其滾道面4側(cè)面，軸承圈2還具有限制滾道面4的凸緣18、20。為了盡可能模擬軸承圈的輪廓，感應(yīng)器6因此具有與滾道4和凸緣18、20的形狀相對應(yīng)的負輪廓22，從而使感應(yīng)器6能夠在軸承圈2的整個輪廓上被設(shè)置得盡量接近軸承座圈2。

常規(guī)感應(yīng)器的常見問題是，淬火裝置10通常采用冷卻液來工作，但冷卻液盡量不要進入加熱元件8的區(qū)域中，以避免由于冷卻液的蒸發(fā)冷卻造成在加熱區(qū)12內(nèi)溫度不均。但是由于淬火裝置10和加熱區(qū)12(也如圖1所示)在空間上通常毗鄰設(shè)置，所以在已知的感應(yīng)器中避免冷卻液進入加熱區(qū)12是很難避免的。

因此根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)器6(如圖3所示)具有分成兩部分的加熱元件8，該元件具有第一感應(yīng)線圈24和第二感應(yīng)線圈26。在第一感應(yīng)線圈24和第二感應(yīng)線圈26之間又設(shè)置了氣體出口28。氣體可以通過該氣體出口流到軸承圈2的表面上，并從后者偏轉(zhuǎn)，從而形成不靠近加熱區(qū)12的強氣流(參照圖2和圖3中的箭頭)。此外，圖3的空間透視圖還示出，感應(yīng)線圈24、26形式 的加熱元件8由支承結(jié)構(gòu)40所支撐，淬火裝置10也設(shè)置在該支承結(jié)構(gòu)上。為簡單起見，未示出感應(yīng)線圈24、26或淬火裝置10的電源線和軟管。

此外，圖3還示出淬火裝置10被構(gòu)造成兩部分并具有(帶冷卻液噴嘴32的)淬火噴淋器30，可通過所述噴嘴可將冷卻液施加到軸承圈2上來進行淬火。此外，淬火裝置10還具有用于預(yù)冷卻軸承圈2上的加熱區(qū)12的空氣出口噴嘴34，然后將軸承圈冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度。雖然氣體流有一定的阻擋作用，但是這種阻擋作用不足以可靠地阻止冷卻液進入加熱區(qū)12。但設(shè)置在第一感應(yīng)線圈24和第二感應(yīng)線圈26之間的、根據(jù)本發(fā)明的氣體出口28(如圖2和3所示)可能使得從氣體出口28流出的氣體在側(cè)面沿軸承圈2(特別是沿軸承圈2的滾道面4)流出，并在圖2中箭頭所示的軸向方向上和在圖3中箭頭所示的圓周方向上將其偏轉(zhuǎn)。由如此生成的氣流可靠地阻止冷卻液進入加熱區(qū)8。

此外還表明，在使用從氣體出口28流出的、相對冷的氣體時，由于在碰到加熱過的表面時產(chǎn)生的熱量故可以進一步提高氣體相對于冷卻液的流出效應(yīng)和阻擋效應(yīng)。在這種情況下特別表明，在軸承圈2的加熱區(qū)12中，伴隨在感應(yīng)線圈24、26之間氣體流出而發(fā)生溫度下降時可毫無問題地容許溫度下降至奧氏體化溫度以下的溫度。這僅僅在以下情況是有利的，即通過將氣體從氣體出口28排出不能冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度以下的溫度并因此淬火過程會被完全中斷的情況。

設(shè)置在第一和第二感應(yīng)線圈24、26之間的氣體出口28的另一優(yōu)點是，由于這樣設(shè)置使氣流產(chǎn)生可靠的阻擋效應(yīng)26，因此可使淬火裝置10在空間上更接近加熱元件8，從而總體上可將感應(yīng)器6構(gòu)造得更小一點。

氣體出口28的設(shè)置可以不同于圖3所示設(shè)置。因此例如可將氣體出口28也設(shè)置在軸承圈2的凸緣18所在的區(qū)域中，例如圖2所示。由于向凸緣流動可以導致有利的流動速度和方向，因此這種設(shè)置會產(chǎn)生特別好的阻擋效應(yīng)。

此外，由于通過氣體出口28有可能精確調(diào)節(jié)流經(jīng)氣體出口28的氣體量，所以可以控制加熱區(qū)12中的溫度下降。為此所需的裝置并未示出。流出氣體特別優(yōu)選使用容易提供且其氣體量簡單可調(diào)的壓縮空氣。此外，不需要其它保護措施，例如排氣罩或封閉空間。

總的來說，可以采用經(jīng)過設(shè)置的感應(yīng)器提供感應(yīng)淬火系統(tǒng)和感應(yīng)淬火方 法，通過它可以可靠地阻止冷卻液進入加熱區(qū)12。從而可以避免待淬火工件上因蒸發(fā)冷卻造成部位加熱不均。此外還要指出的是，上述方法不僅可用于所示軸承圈，而且也用于其它工件。

參考標記列表

100 感應(yīng)淬火系統(tǒng)

2 軸承圈

4，6 感應(yīng)器

8 加熱區(qū)

10 淬火區(qū)

12、14 軸承圈上被加熱的或待加熱的部分區(qū)域

16 軸承圈的滾道

18、20 凸緣

22 感應(yīng)器的負輪廓

24 第一感應(yīng)器

26 第二感應(yīng)器

28 氣體出口

30 淬火噴淋器

32 冷卻液噴嘴

34 冷卻氣流噴嘴

40 支架。