本發明涉及一種熱處理實驗加熱裝置，屬于材料熱處理及性能測試領域。

背景技術：

金屬熱處理是機械制造過程中重要工藝之一，熱處理質量的好壞直接決定了工件的產品質量及使用性能，為此熱處理工藝實驗教學是材料、機械類學生必修課程之一。材料熱處理按工藝不同具體分為：正火處理、退火處理、淬火、固溶熱處理、時效等處理方式，其處理過程均需要對試樣進行加熱并保溫操作，長期以來各大專院校熱處理實驗均采用箱式爐或坩堝爐加熱試樣，存在加熱過程能耗大，實驗過程學生涉及高溫操作等問題。在國家大力推廣節能環保的大背景下，開發低能耗、高效、安全、一機多能的實驗教學設備已成為各大專院校及實驗教學設備廠家的研究重點。

末端淬火法測定剛的淬透性也稱為端淬法，該法為喬邁奈等于1938年建議采用的，因而國外常稱為Jominy端淬法．由于該法簡便可靠故被許多國家用作標準的淬透性試驗，但其實驗方法一直沿用爐體加熱后手動放入支架淬火模式，操作速度的快慢直接影響測試精度，為此減少并恒定試樣出爐后操作時間對于提高測試精度，保證產品質量具有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種熱處理實驗裝置，包括冷卻水箱1、機體2、水淬網兜3、爐體轉軸5、爐門6、渦輪蝸桿機構7、爐體8、爐體電機9、爐體支架10、主軸11、保護氣氛入口12、熱電偶入口13、末端淬火試樣支架15、油淬網兜17、淬火油池18，控制器19、冷卻水入口20、冷卻水出口21、爐體支架電機22；

機體2的下面設有冷卻水箱1，機體2的上面設有爐體支架電機22和渦輪減速器，爐體支架電機22與渦輪減速器連接，渦輪減速器的輸出軸與主軸11連接，主軸11通過法蘭盤與爐體支架10連接；爐體支架10通過軸承與軸承座與爐體轉軸5連接，爐體轉軸5位于爐體8的兩側，爐體轉軸5與爐體8為一個整體，爐體支架電機22帶動爐體8沿主軸11在水平面上轉動；爐體轉軸5上安裝有蝸輪蝸桿機構7，蝸輪蝸桿機構7中的蝸桿與爐體電機9連接，通過爐體電機9帶動爐體8在豎直方向上轉動；機體2上分別設有水淬網兜3、末端淬火試樣支架15、淬火油池18，水淬網兜3、末端淬火試樣支架15、淬火油池18分布在以主軸11為圓心，主軸11與爐體轉軸5垂直距離為半徑的圓周上；

爐體8的前端設有爐門6，后端有熱電偶入口13與保護氣氛入口12，熱電偶通過熱電偶入口13插入爐體內部，保護氣氛存儲裝置通過保護氣氛入口12與爐體連通；水箱1設置冷卻水入口20、冷卻水出口21、冷卻水入口20、冷卻水出口21通過管道與外部循環水冷卻系統連接；

所述控制器19控制爐體8內溫度、保溫時間以及爐體8的運動，同時還控制冷卻水和保護氣體的通入。

優選的，本發明所述爐體8的數量為1個或多個，多個爐體的放置方式為環形或并列放置。

優選的，本發明所述爐體8包括爐外殼、保溫層、耐火層、爐膽，爐外殼的內部設有耐火層，耐火層和爐外殼之間設有保溫層；爐膽固定于爐體的中部，爐膽上裝有發熱體，發熱體通過電源接線端子與電源連接。

優選的，本發明所述水淬網兜3下端放置在冷卻水箱1水平面以下位置，其要求為淬火試樣落入水淬網兜3后全部浸泡于淬火液中。

優選的，本發明所述淬火油池18內放置油淬網兜17以方便取出試樣，淬火油池18下端放置在冷卻水箱1水平面以下位置，其要求為淬火油池18油平面低于冷卻水箱1水平面，利用冷卻水對淬火油池18冷卻，避免淬火油池18升溫過高。

優選的，本發明所述機體2上設有水淬頂桿4、末端淬火頂桿14，油淬頂桿16，水淬頂桿4位于水淬網兜3的上面，末端淬火頂桿14位于末端淬火試樣支架15的上面，油淬頂桿16位于淬火油池18的上面，水淬頂桿4、末端淬火頂桿14，油淬頂桿16上均設有位置傳感器。

優選的，本發明所述末端淬火試樣支架15下端依據GB235—2006《鋼淬透性的末端淬火試驗方法》要求設置淬火液噴水口，噴水口通過管道連接分流器，分流入水口接于冷卻水入口20，調節分流器可使淬火液流量達到標準規定。

優選的，本發明所述外部循環水冷卻系統為外部循環制冷設備，其工作介質為水。

更換淬火油池18內的冷卻介質油可實現不同冷卻介質淬火過程，本發明所述裝置可用于水淬處理、油淬處理、末端淬火處理、正火處理、退火處理、固溶處理、時效處理。

本發明的另一目的在于提供所述熱處理實驗裝置的使用方法：裝入試樣，通入保護氣氛，對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動爐體8轉動到相應的處理工位（水淬，末端淬火，油淬、正火、退火、固溶處理、時效處理）后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，打開爐門，工件在重力作用下落入相應的處理工位，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成熱處理過程，上述過程有控制器實現自動化控制，控制方法為常規方法。

本發明的有益效果：

（1）本發明所述裝置在測試過程中采用計算機程序控制，在進行末端淬火實驗可減少測試過程中人工操作造成的誤差，使測試結果準確可靠，同時本裝置還具有操作簡單、高效、安全、節水等特點。

（2）本發明所述裝置集成了爐體、爐體控制、保溫時間控制、氣氛保護，淬火設施、水壓控制、水溫控制等系統，極大的提高了末端淬火實驗的準確性，減少了勞動強度；實驗儀具有安全、性能穩定、容易操作等優點。

（3）本發明所述裝置代替傳統的末端淬火實驗，避免了實驗過程手動高溫操作，使實驗更為安全，同時測試過程中節約了珍貴的水資源。

（4）本發明所述裝置可單爐工作，也可多個爐體按程序工作，提高了工作效率。儀可消除測試過程中人工操作誤差，極大提高測試精度及測試效率，避免測試過程高溫操作，并可節約寶貴水資源。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖Ⅰ。

圖2為本發明的結構示意圖Ⅱ。

圖3為本發明末端淬火實驗工位示意圖。

圖4為本發明水淬、退火、固溶處理、時效處理工位示意圖。

圖5為本發明油淬、正火工位示意圖。

圖中：1-水箱；2-機體；3-水淬網兜；4-水淬頂桿；5-爐體轉軸；6-爐門；7-渦輪蝸桿機構；8-爐體；9-爐體電機；10-爐體支架；11-主軸；12-保護氣氛入口；13-熱電偶入口；14-末端淬火頂桿；15-末端淬火試樣支架；16-油淬頂桿；17-油淬網兜；18-淬火油池，19-控制器；20-冷卻水入口；21-冷卻水出口。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1

本實施例所述熱處理實驗裝置，包括冷卻水箱1、機體2、水淬網兜3、爐體轉軸5、爐門6、渦輪蝸桿7、爐體8、爐體電機9、爐體支架10、主軸11、保護氣氛入口12、熱電偶入口13、末端淬火試樣支架15、油淬網兜17、淬火油池18，控制器19、冷卻水入口20、冷卻水出口21、爐體支架電機22；

機體2的下面設有冷卻水箱1，機體2的上面設有爐體支架電機22和渦輪減速器，爐體支架電機22與渦輪減速器連接，渦輪減速器的輸出軸與主軸11連接，主軸11通過法蘭盤與爐體支架10連接；爐體支架10通過軸承與軸承座與爐體轉軸5連接，爐體轉軸5位于爐體8的兩側，爐體轉軸5與爐體8為一個整體，爐體支架電機22帶動爐體8沿主軸11在水平面上轉動；爐體轉軸5上安裝有蝸輪蝸桿機構7，蝸輪蝸桿機構7中的蝸桿與爐體電機9連接，通過爐體電機9帶動爐體8在豎直方向上轉動；機體2上分別設有水淬網兜3、末端淬火試樣支架15、淬火油池18，水淬網兜3、末端淬火試樣支架15、淬火油池18分布在以主軸11為圓心，主軸11與爐體轉軸5垂直距離為半徑的圓周上；

爐體8的前端設有爐門6，后端有熱電偶入口13與保護氣氛入口12，熱電偶通過熱電偶入口13插入爐體內部，保護氣氛存儲裝置通過保護氣氛入口12與爐體連通；水箱1設置冷卻水入口20、冷卻水出口21、冷卻水入口20、冷卻水出口21通過管道與外部循環水冷卻系統連接；

所述控制器19控制爐體8內溫度、保溫時間以及爐體8的運動，同時還控制冷卻水和保護氣體的通入。

本實施例所述爐體8包括爐外殼、保溫層、耐火層、爐膽，爐外殼的內部設有耐火層，耐火層和爐外殼之間設有保溫層；爐膽固定于爐體的中部，爐膽上裝有發熱體，發熱體通過電源接線端子與電源連接。

本實施例所述水淬網兜3下端放置在冷卻水箱1水平面以下位置，其要求為淬火試樣落入水淬網兜3后全部浸泡于淬火液中。

本實施例所述淬火油池18內放置油淬網兜17以方便取出試樣，淬火油池18下端放置在冷卻水箱1水平面以下位置，其要求為淬火油池18油平面低于冷卻水箱1水平面，利用冷卻水對淬火油池18冷卻，避免淬火油池18升溫過高。

本實施例所述機體2上設有水淬頂桿4、末端淬火頂桿14，油淬頂桿16，水淬頂桿4位于水淬網兜3的上面，末端淬火頂桿14位于末端淬火試樣支架15的上面，油淬頂桿16位于淬火油池18的上面，水淬頂桿4、末端淬火頂桿14，油淬頂桿16上均設有位置傳感器。

優選的，本發明所述末端淬火試樣支架15下端依據GB235—2006《鋼淬透性的末端淬火試驗方法》要求設置淬火液噴水口，噴水口通過管道連接分流器，分流入水口接于冷卻水入口20，調節分流器可使淬火液流量達到標準規定。

更換淬火油池18內的冷卻介質油可實現不同冷卻介質淬火過程，本發明所述裝置可用于水淬處理、油淬處理、末端淬火處理、正火處理、退火處理、固溶處理、時效處理，具體實施過程如下：

實施方式一

本實施例所述裝置用于水淬操作：

裝入試樣，通入保護氣氛，對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到水淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入水淬網兜3內完成淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成水淬過程（如圖4所示）。

實施方式二

本實施例所述裝置用于油淬操作：

裝入試樣，通入保護氣氛，對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到油淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入淬火油池18內完成淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成油淬過程（如圖4所示）。

實施方式三

本實施例所述裝置用于正火操作：

將淬火油池18內的冷卻介質油更換為沙，裝入試樣，通入保護氣氛，開啟循環水冷卻系統；對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到油淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入冷卻介質已更換為沙的淬火油池18中完成正火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成正火操作過程。

實施方式四

本實施例所述裝置用于末端淬火操作：

裝入試樣，通入保護氣氛，開啟循環水冷卻系統；對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到末端淬火工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入末端淬火試樣支架15上完成末端淬火淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成末端淬火過程（如圖3所示）。

實施方式五

本實施例所述裝置用于退火操作：

裝入試樣，通入保護氣氛，開啟循環水冷卻系統；對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后關閉加熱電源，試樣于爐內隨爐冷卻，當冷卻致設定溫度時，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到水淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入水淬網兜3內完成退火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成退火過程。

實施方式六

本實施例所述裝置用于固溶處理：

裝入試樣，通入保護氣氛，對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到水淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入水淬網兜3內完成固溶處理過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成固溶處理過程。

實施方式七

本實施例所述裝置用于時效處理：

裝入試樣，通入保護氣氛，開啟循環水冷卻系統；對爐體8進行升溫，當到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到水淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入水淬網兜3內完成時效處理過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成時效處理過程。

實施方式八

本實施例所述裝置設有3個爐體，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號爐，用于末端淬火操作為，具體操作過程為：首先裝入試樣于Ⅰ號爐后設置Ⅰ號爐加熱溫度、保溫時間并開啟Ⅰ號爐體電源并通入保護氣氛；延遲10分鐘后試樣裝入Ⅱ號爐、并設置Ⅱ號爐加熱溫度、保溫時間后開啟Ⅱ號爐體電源并通入保護氣氛，延遲10分鐘后試樣裝入Ⅲ號爐、并設置Ⅲ號爐加熱溫度、保溫時間后開啟Ⅲ號爐體電源延遲10分鐘后開啟Ⅲ號爐體電源并通入保護氣氛。 首先Ⅰ號爐達到設定溫度并進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將Ⅰ號爐轉動到末端淬火工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入末端淬火試樣支架15上完成末端淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，試樣在支架15上水冷5分鐘后關閉分流器、取出試樣，完成Ⅰ號爐試樣末端淬火過程；隨后Ⅱ號爐達到設定溫度并進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將Ⅱ號爐轉動到末端淬火工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入末端淬火試樣支架15上完成末端淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，試樣在支架15上水冷5分鐘后關閉分流器、取出試樣，完成Ⅱ號爐試樣末端淬火過程；隨后Ⅲ號爐達到設定溫度并進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將Ⅲ號爐轉動到末端淬火工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入末端淬火試樣支架15上完成末端淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，試樣在支架15上水冷5分鐘后關閉分流器、取出試樣，完成Ⅲ號爐試樣末端淬火過程。（如圖3所示）。

實施方式九

本實施例所述裝置設有3個爐體，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號爐，Ⅰ號爐用于末端淬火操作，Ⅱ號爐用于油淬操作、Ⅲ號爐用于水淬操作，具體操作過程為：首先裝入末端淬火試樣于Ⅰ號爐后設置Ⅰ號爐加熱溫度、保溫時間并開啟Ⅰ號爐體電源并通入保護氣氛；隨后將油淬試樣裝入Ⅱ號爐、并設置Ⅱ號爐加熱溫度、保溫時間后開啟Ⅱ號爐體電源并通入保護氣氛，將水淬試樣裝入Ⅲ號爐、并設置Ⅲ號爐加熱溫度、保溫時間后開啟Ⅲ號爐體電源延遲10分鐘后開啟Ⅲ號爐體電源并通入保護氣氛。 當Ⅰ號爐達到設定溫度并進行保溫，保溫結束后，開啟外部循環水冷卻系統、開啟分流器，爐體支架電機22帶動主軸11將Ⅰ號爐轉動到末端淬火工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入末端淬火試樣支架15上完成末端淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，試樣在支架15上水冷5分鐘后關閉分流器、取出試樣，完成Ⅰ號爐試樣末端淬火過程（如圖3所示）；當Ⅱ號爐到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到油淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入淬火油池18內完成淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成油淬過程（如圖4所示）；當Ⅲ號爐到達設定溫度后進行保溫，保溫結束后，爐體支架電機22帶動主軸11將爐體8轉動到水淬工位后，爐體電機9帶動爐體8向下轉動90度，此時，開啟爐門，試樣自動落入水淬網兜3內完成淬火過程，然后爐體電機9帶動爐體8反向轉動90度，使爐體8回到原來的位置，完成水淬過程（如圖4所示）。