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1、1目 录前言31、设计题目42、工作条件43、生产要求44、淬火设计方案55、淬火设计内容 125.1 淬火的概念 125.2 淬火的目的 125.3 亚共析钢 135.4 淬火工艺 145.5 热处理连续作业炉 196、运输设计方案 207、运输设计内容 218、设计小结 289、参考文献 29十、附录 302前 言当今世界，科学技术日新月异，以信息技术和生物技术为代表的高新技术产业迅猛发展，科技与经济的结合日益紧密，知识对人类社会经济和生活的影响日趋明显，人类社会已经步入了以知识的生产、分配和使用为基础的、以创造性的人力资源为依托的、以高科技产业为支柱的知识经济时代。知识经济的社会是创新的
2、社会，创新是知识经济的灵魂，创新更是一个国家国民经济可持续发展的基石。没有创新就没有新兴技术，经济的发展也就成了无源之水，无本之木。为了适应 21 世纪人才培养的要求，必须更新教育观念，探索教育改革之路，而教育改革的重点是加强学生素质教育和创新能力的培养。创新是科学技术和经济发展的原动力，当今世界各国之问在政治、经济、军事和科学技术方面的激烈竞争，归根到底是综合国力的竞争，实质上就是科技创新能力和人才的竞争，而人才竞争的本质是人才创造力的竞争。在培养具有创新能力的跨世纪的高素质人才上，高等教育具有义不容辞的重要责任。因此，在深化教育体制改革，全面推进素质教育的今天，极有必要在高等院校中开设机械
3、创新设计课程，以便培养学生的创新意识，掌握创新设计的基本理论和方法。这也是体现理论与实践相结合，知识服务于经济建设3的有效举措。一、设计题目：某轧钢车间年产 100 万吨方钢（100mm100mm ），距离仓库20 m，仓库尺寸（100208m 3），现需设计：、淬火运输到仓库、退火运输到仓库、仓库存储机械（堆垛机）、质量检验设备、自动化存储设备我此次设计就是针对淬火运输到仓库这一题目来进行设计，先把方钢淬火冷却，而后运输到仓库门口，其中轧钢车间生产的方钢的材质为 45 钢。二、工作条件一天三班制，每班工作 8 个小时；一年 365 天，除去节假节假日和机器检修时间，一年工作 300天；机器连
4、续运转；大批量生产。三、生产要求4经过轧钢车间生产生成的方钢，首先 45 钢经过淬火工序 形成亚共析钢而后经过冷却工序，完成生产要求，最后经过 运输设备把最后生成的方钢输送到具该生产工序的 20m 处的仓库门口。由于轧钢厂年产量为 100 万吨方钢（100mm100mm ），即1000000t/300 天 = 3333.3 t/天也就是说，每小时的加工吨数为：3333.3/24 = 138.8875 t/小时约为 138.9 t/小时每个方钢的质量为：7.85*103 kg/m3 * 0.1m * 0.1m * 0.1m = 7.85 kg/个则每小时需加工的方钢数量为：138.9 (t/小时
5、 ) / 7.85 (kg/个)= 17694 个/小时因此，根据此次创新设计要求，我们需要设计大型淬火冷却设备，来满足设计要求。四、淬火设计方案钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜5合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。1、槽体结构： 大型淬火槽一般为方形或圆形，容积多为几到几十立方米，大型淬火槽可达 100 立方米以上。槽体以 612mm
6、钢板焊接而成，四周由角钢或槽钢加强，当淬火槽较深时，高度方向也要以型钢加固，使其具有足够的强度和刚性，以防运输安装时变形。底部应有由槽钢制成的底座，便于运输和安装。2淬火介质入口的设置： 由于淬火槽较大，特别是深度较深时，为保证淬火介质沿高度方向温度的均匀性，在槽体高度方向设置多层进口，每层由几个小孔组成，小孔可呈一定角度，以便槽内液体在上升的同时可以纵横流动或形成扰流，但应避免涡流。冷却装置为空气冷却器，这种冷却淬火介质的方法是一种不更换淬火介质的冷却方法，省去了巨大的储液箱。同时，空气冷却器体积小，占地少，节水，节电，直接空冷，无须水池、冷却塔和板式换热器等传统设施，安装使用方便。3淬火介
7、质的加热和冷却： 为创造更大的生产空间，淬火介质的加热和冷却装置应尽量远离淬火槽，采用分离式的加热和冷却装置。这样，淬火槽变得简洁，便于维修。 常用的加热装置为电热箱，由管状电热器、箱体组成，根据淬火槽容积的大小，加热功率可选择 18 KW、24Kw、36Kw 等。4淬火槽与加热和冷却装置的连接可采用不同的连接方法：6方案一：见图 1，电热箱和空气冷却器串联，这种连接方法的优点是连接简单，加热和冷却的转换不用开关节门，只需控制电热箱和空气冷却器的工作状态。但维修时只要维修其中的一个，整个系统就须行。回路阻力较大。方案二：见图 2，电热箱和空气冷却器并联，这种连接方法的优点是加热和冷却回路分为两
8、个回路，其中的一个有故障时，回路仍可接通。回路阻力较小。但加热和冷却的转换须用开关节门控制。方案三：换热装置是一种既能对介质加热、又能冷却的装置，采用这种装置会使对淬火介质温度的控制，变得更为简单、易行。7见图 3。在淬火介质温度正常的情况下，只需淬火介质循搅拌时，使电热箱和空气冷却器或换热装置停机，开启泵和节门即可。85排烟装置：排烟装置的选择既要起到排烟的作用，又要考虑到便于操作。吸风罩应按照淬火槽截面的大小来选择，比较几种吸风罩的特点，选择分组式槽边侧吸罩较为适合，所占空间小，吸风罩在淬火槽上的高度小，效果较好。当截面较大时，应选择吹吸式槽边侧吸罩，但这种方式较复杂，且吸风量需加大，不宜
9、采用。依需要可增置油烟回收装置，既能回收油质，又能保护环境。6灭火装置：淬火油槽采用的灭火装置为氮气自动灭火装置。其工作原理是：见图 4，图 5，当工件淬入油中瞬间引起火苗时，灭火装置并不启动，只有当火焰烧到安置在吸风口处的火焰检测电极时(此时排烟系统正在工作)，在电极上产生电信号，经专用电缆传至火焰监测器，输出控制信号，使氮气管路上的电磁阀动作，由分布9在淬火槽上部的喷气嘴喷出氮气，在油面上形成氮气幕达到灭火目的。在喷氮气时连锁关闭排烟风机，以免氮气被排走，影响灭火效果。在方形油槽上，喷气嘴通常置于长边上，交错分布，每边 24个，根据边长决定。若为井式油槽则均匀分布于圆周上，喷向应向下有一定
10、的角度，稍偏离中心使气流形成旋涡状。见图 6。10117余热利用：为合理利用热能，在空气冷却器的热风出口处设置三通管道，并配备手动碟阀用以转换热风的流向。在夏季把被淬火介质加热的空气直接排放到室外，在冬季则通过碟阀把热风排放到室内，用于热风采暖。或者是利用空气转换器来实现余热利用。 空气换热器的构造原理、特点：加热炉为了降低能耗，在烟道中设置空气换热器，以回收烟气中的大量余热，达到节约燃料、降低生产成本，提高燃烧温度、增加炉子的产量。空气换热器是余热利用的理想设备，在轧钢加热炉、热处理炉、锻造加热炉等各种工业炉窑上得到广泛应用。炉用空气换热器的种类很多，目前国内外绝大多数采用的是金属换热器，空
11、气换热器是利用炉窑排除的尾气热量将空气预热至一定温度后返回炉内助燃或用于其他设备。金属换热器具有体积小、热交换率高、严密性好、结构简单等特点。五、淬火设计内容5.1 淬火的概念 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介 质 中快速冷却的金 属 热 处 理 工 艺 。常用的淬冷介质有盐水、水、矿 物 油 、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表 面 耐磨的零件（如齿 轮 、轧辊、渗 碳 零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机 械 性 能 ）以满足不同的使用要求
12、。另外淬火还可使一些特殊性12能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不 锈 钢 提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢 件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷 却 会使工件内部产生内 应 力 ，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双 介 质 淬 火 、马氏体分级淬火和贝 氏 体 等 温 淬 火 4类。5.2 淬火的目的 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝 氏
13、 体 转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回 火 ，以大幅提高钢的强度、硬 度 、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特 种 钢 材 的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。5.3亚共析钢 常用的结构钢含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77% ，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，所以这种钢的组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。亚共析钢的基本组织是珠光体+铁素体，只有加热到 Ac3
14、以上时，13铁素体才能全部溶解于奥氏体中（见图7铁碳相图） 。当加热温度超过 Ac3一定温度并经过保温后使奥氏体的化学成分均匀化，淬火以后便能得到均匀一致的马氏体组织。如果加热温度低于 Ac3， 而在 Ac1与 Ac3之间的话，这时钢的组织将是奥氏体与铁素体的混合物。淬火后奥氏体发生马氏体转变而铁素体则不发生变化，将得到马氏体与铁素体的混合组织，称作“不完全淬火”组织。不但硬度不高，更严重的是工件在回火后的力学性能变坏。由此可见，亚共析钢淬火时，必须加入到 Ac3以上。但是亚共析钢的淬火温度也不能超过 Ac3过多，如果超过太多，将使工件出现显著地过热现象，淬火后得到极粗的马氏体，称作“过热”组
15、织，使工件力学性能降低，特别冲击韧性下降，同时也怎家了淬火钢的应力。故亚共析钢通常的加热规范为：碳钢：A c3+3050；合金钢：A c3+5070。45钢的加热温度见附录1。但是，在实际生产中，亚共析钢的淬火加热温度，往往稍微高出这个范围。例如，40钢的 Ac3为790，淬火加热温度常在830850之间，高出 Ac34060.这时因为加热到这一温度，可以加速奥氏体的形成，并使奥氏体的化学成分易于均匀，同时在这样的温度下,并不至于使奥氏体晶粒过分长大。亚共析钢淬火时由于加热不足、保温不够，或者加热温度过高等原因尝试的组织缺陷，都可以通过显微镜分析来检验，也可以根14据断口的形状来判断。在智能广场情况下，端口应为灰色的瓷状断口；过热时，将出现粗颗粒断口，加热不足时，将出现纤维状断口，而没有光泽。5.4 淬火工艺1.淬火介质的选择：有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用质量分数为0.1%0.3%之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形
