本發(fā)明涉及真空熱處理技術領域，尤其是涉及一種高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火的裝置。

背景技術：

現(xiàn)有的真空設備完成淬火只有2種方法，一種是：加熱后高壓氣淬；另外一種是：加熱后轉(zhuǎn)移到淬火室在常壓或低壓下油淬。

高壓氣淬的優(yōu)點減小零件的熱處理畸變，減少工件油淬的污染(氣淬后工件免清洗)，而且是無氧化無污染的熱處理技術。但是它的缺點也非常顯著：無論用氣體作為冷卻介質(zhì)，它的導熱能力是非常有限的，跟液體的導熱能力相差甚遠。所以為了保證高壓氣淬的熱處理效果，只能處理小工件或薄工件。

液體淬火時冷卻速度相當好，基本上能滿足各類工件的淬火工藝，但是不能避免淬火變形、開裂等熱處理缺陷，淬火時產(chǎn)生的蒸汽對加熱室有一定的污染，污染后很難達到需要設定的真空度，所以需要定期清理加熱室和工件轉(zhuǎn)移平臺。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火的裝置，實現(xiàn)了真空液態(tài)或超臨界態(tài)淬火，不僅滿足大工件的淬火需求，又能達到高壓氣淬的效果，而且還是干凈、清潔的熱處理，無廢氣、廢水污染，節(jié)能、環(huán)保的熱處理。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火的裝置包括：

工作室，內(nèi)部設有加熱設備和冷卻設備，并連接有真空泵組；

儲存罐，設有液態(tài)二氧化碳供給口，并連接工作室的液態(tài)二氧化碳入口；

緩存罐，通過增壓回路分別連接工作室和儲存罐，還通過循環(huán)回路分別連接工作室和儲存罐；

氣體增壓機，設于緩存罐的出氣口處；

第一壓力測量器，設于工作室上；

溫度控制器，設于工作室上，分別連接加熱設備和冷卻設備。

該裝置還包括設于緩存罐上的第二壓力測量器和設于儲存罐上的第三壓力測量器。

該裝置還包括集成控制器，所述集成控制器分別連接真空泵組、氣體增壓機、第一壓力測量器和溫度控制器。

所述集成控制器采用PLC控制器。

所述集成控制器無線連接有帶顯示屏的上位機。

所述工作室上設有用于顯示工作狀態(tài)的液晶顯示屏，所述液晶顯示屏連接集成控制器。

該裝置還包括多個控制閥門，所述多個控制閥門分別對應設置在增壓回路、循環(huán)回路上和液態(tài)二氧化碳入口處。

所述緩存罐內(nèi)設有氣體過濾網(wǎng)。

所述工作室與緩存罐之間還設有泄壓管路，所述泄壓管路上設有流量調(diào)節(jié)閥。

高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火時，儲存罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳進入加熱結束后的工作室內(nèi)，對目標工件進行淬火，淬火時根據(jù)設定的壓力與溫度關系曲線，控制工作室內(nèi)的二氧化碳狀態(tài)，進行液態(tài)淬火和超臨界態(tài)淬火，當工作室內(nèi)的壓力低于設定的范圍時，打開增壓回路并運行氣體增壓機，當工作室內(nèi)的壓力高于設定的范圍時，打開泄壓管路，將排放出的二氧化碳送到緩存罐。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、利用液態(tài)或超臨界的二氧化碳作為淬火介質(zhì)，完成對工件的淬火，淬火效果非常好，工件無開裂、變形等熱處理缺陷。

2、CO₂的液態(tài)或超臨界態(tài)淬火主要是控制工作室內(nèi)的壓力和溫度，因為設置了壓力測量器和溫度控制器，配合分離的增壓回路和循環(huán)回路工作，當工作室的壓力低于設定壓力范圍時，用增壓回路上的緩存罐、氣體增壓機增加壓力，當工作室的壓力高于設定的壓力范圍時，再用控制閥門排出工作室內(nèi)的二氧化碳，從而實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)工作室內(nèi)的壓力和溫度的目的。工作室的后部安裝冷卻設備，配合溫度控制器，保證工作室里面的液態(tài)二氧化碳處于設定的溫度范圍內(nèi)。

3、不受目標工件的大小的影響，能滿足不同的工件要求，易于推廣利用，實用性強。

4、通過控制工作室的壓力，可以選擇液態(tài)淬火、超臨界態(tài)淬火，超臨界態(tài)的CO2還具有清洗工件的作用。同時淬火后的工件不需要清洗，而且工作室不會污染。

5、CO2安全、無毒、無污染、可回收、容易獲取，且可循環(huán)使用，給用戶節(jié)省成本。

6、工作室連接有用于抽真空的真空泵組，將工件進工作室時帶進來的空氣抽干凈，防止CO₂與空氣的混合，污染了淬火介質(zhì)，也是保證工件真空下加熱不會產(chǎn)生氧化，升溫速度快。當真空的工作室內(nèi)的工件完成加熱后，切斷加熱設備，并快速的將液態(tài)的二氧化碳輸送到工作室里面，液態(tài)的二氧化碳配合工作室后部的冷卻設備降溫，實現(xiàn)液態(tài)的工件的液態(tài)或超臨界態(tài)淬火。

7、設置緩存罐，淬火結束后，將工作室里面的CO₂排放到到緩存罐里面，控制這個緩存罐里面的壓力，最后通過循環(huán)回路上的氣體增壓機將氣態(tài)CO₂輸送到存儲罐里面，等待下一周期的工作。

8、設置集成控制器、控制閥門等，實現(xiàn)自動化控制，提供工作效率和控制精度，配合上位機和液晶顯示屏，便于操作人員實時觀察設備的所有工作狀態(tài)，可視性好。

9、額外設置泄壓管路，通過流量調(diào)節(jié)閥，可以精確減低工作室內(nèi)的壓力，彌補循環(huán)回路上無調(diào)節(jié)泄壓而導致工作室內(nèi)壓力調(diào)節(jié)不準的缺陷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中設定的壓力與溫度關系曲線示意圖。

圖中：1、真空泵組，2、第一控制閥門，3、冷卻設備，4、第一壓力測量器，5、溫度控制器，6、工作室，7、目標工件，8、加熱設備，9、第二控制閥門，10、第三控制閥門，11、第四控制閥門，12、第五控制閥門，13、第六控制閥門，14、第二壓力測量器，15、緩存罐，16、氣體增壓機，17、儲存罐，18、第三壓力測量器，19、第七控制閥門，20、第八控制閥門，21、液態(tài)二氧化碳供給口，22、第一管路，23、第二管路，24、第三管路，25、第四管路，26、泄壓管路。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，一種高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火的裝置包括工作室6、真空泵組1、儲存罐17、緩存罐15、氣體增壓機16、增壓回路、循環(huán)回路、多個控制閥門和多個壓力測量器，工作室6內(nèi)部設有多個均布設置的加熱設備8和冷卻設備3，工作室6上設置有溫度控制器5、第一壓力測量器4，溫度控制器5分別連接加熱設備8和冷卻設備3，真空泵組1通過第一控制閥門2連接工作室6，儲存罐17設有帶第七控制閥門19的液態(tài)二氧化碳供給口21，并通過帶第二控制閥門9的管路連接工作室6的液態(tài)二氧化碳入口，緩存罐15通過增壓回路分別連接工作室6和儲存罐17，還通過循環(huán)回路分別連接工作室6和儲存罐17，其中增壓回路包括帶第六控制閥門13的第一管路22和帶第四控制閥門11的第二管路23，循環(huán)管路包括帶第三控制閥門10的第三管路24和帶第五控制閥門12的第四管路25，氣體增壓機16設于緩存罐15的出氣口處，緩存罐15上設置第二壓力測量器14，儲存罐17上設置第三壓力測量器18，工作室6與緩存罐15之間還設有泄壓管路26，泄壓管路26上設有第八控制閥門20，第八控制閥門20采用流量調(diào)節(jié)閥。

本發(fā)明裝置選用CO₂作為淬火介質(zhì)，是因為CO₂存在于自然界中，安全非易燃易爆，無毒，無腐蝕性，且實現(xiàn)CO₂的液態(tài)或超臨界態(tài)的狀態(tài)條件簡單。同時，由于CO₂在常壓下是氣體狀態(tài)，排放完成后，工作室6里面沒有其他的氣體或液態(tài)成分，只有殘存的CO₂，不會造成空氣污染，也不會在工件上殘留，淬火后的CO₂回收再利用，節(jié)省能源，也能達到最好的淬火效果，給用戶帶來經(jīng)濟效益。

高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火時，儲存罐17內(nèi)的液態(tài)二氧化碳進入加熱結束后的工作室6內(nèi)，對目標工件7進行淬火，淬火時根據(jù)設定的壓力與溫度關系曲線，控制工作室6內(nèi)的二氧化碳狀態(tài)，進行液態(tài)淬火和超臨界態(tài)淬火，當工作室6內(nèi)的壓力低于設定的范圍時，打開增壓回路并運行氣體增壓機16，當工作室6內(nèi)的壓力高于設定的范圍時，打開泄壓管路26，將排放出的二氧化碳送到緩存罐15。

設定的壓力與溫度關系曲線如圖2所示，壓力與溫度關系曲線符合二次函數(shù)曲線，圖2中A為固態(tài)區(qū)域，B為液態(tài)區(qū)域，C為氣態(tài)區(qū)域，D為超臨界態(tài)區(qū)域，E為次超臨界態(tài)區(qū)域，a為臨界點。

由圖2可看出CO₂在溫度高于31.1℃且壓力大于73bar時，就處于超臨界狀態(tài)；在溫度高于-56.6℃且壓力大于5.7bar時，就處于液態(tài)；實驗室數(shù)據(jù)顯示：CO₂在20℃時當壓力達到57bar，就能液化。本發(fā)明利用CO₂的這一特性實現(xiàn)高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火的目的。

該裝置還包括集成控制器，集成控制器分別連接真空泵組1、氣體增壓機16、第一壓力測量器4和溫度控制器5。集成控制器采用PLC控制器，并無線連接有帶顯示屏的上位機，實現(xiàn)自動監(jiān)控與集中控制的功能。

工作室6上設有用于顯示工作狀態(tài)的液晶顯示屏，液晶顯示屏連接集成控制器。

緩存罐15內(nèi)設有氣體過濾網(wǎng)，可對循環(huán)利用的CO₂進行雜質(zhì)過濾，保證CO₂的潔凈度。

真空高壓液態(tài)或超臨界態(tài)淬火工作過程：

首先將目標工件7裝入到工作室6里面，然后啟動第一控制閥門2和真空泵組1，對工作室6進行抽真空處理，目的是為了清除目標工件7帶進來的空氣，是為了在真空下加熱，也是為了保證CO₂潔凈度。當?shù)谝粔毫y量器4檢測到工作室6里面的真空度達到設定的要求后，關閉第一控制閥門2和真空泵組1。啟動加熱設備8對目標工件7進行加熱，利用溫度控制器5控制工作室6內(nèi)的溫度在設定的范圍內(nèi)。

加熱完畢后，關閉加熱設備8，打開第二控制閥門9讓液態(tài)的二氧化碳迅速的補充到工作室6完成淬火。當?shù)谝粔毫y量器4檢測到壓力低于設定的范圍時，打開第四控制閥門11Ⅳ、第六控制閥門13和氣體增壓機16；當?shù)谝粔毫y量器4檢測到壓力高于設定的范圍時，第八控制閥門20自動打開，將排放出來的CO₂送到緩存罐15，可回收再利用。淬火時可根據(jù)工藝要求，通過第一壓力測量器4控制工作室6內(nèi)的CO₂狀態(tài)，可實現(xiàn)液態(tài)淬火和超臨界態(tài)淬火。

淬火完畢后，打開第三控制閥門10、第五控制閥門12和氣體增壓機16；將工作室6里面的CO₂通過經(jīng)過緩存罐15輸送到儲存罐17里面，淬火工藝結束。利用第三壓力測量器18控制儲存罐17里面的壓力，使得CO₂在儲存罐17里面處于液態(tài)。

而通過第二壓力測量器14控制緩存罐15里面的CO₂是處于氣態(tài)，這樣做的目的是為了保證氣體增壓機16能正常運轉(zhuǎn)。為了彌補CO₂在使用過程中的損耗，可以定期通過第七控制閥門19完成儲存罐17的補給。