專利名稱：雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬熱處理設備，具體地說，涉及一種雙金屬盤類件或單一合金雙重 組織、雙重性能盤類件的電阻加熱梯度熱處理裝置。
背景技術：
近十余年，隨著雙金屬構件需求的增長，特別是大推重比發(fā)動機由于提高工作溫 度、降低結構重量對雙重性能的壓氣機盤、渦輪盤的需求，在雙合金盤或單一合金雙重組 織、雙重性能盤加工、制造及研究工作中，需要對具有不同熱加工溫度、熱處理制度的兩種 材料所構成的雙合金盤形件在鍛造后進行梯度熱處理，特別是雙合金盤件不能使用普通加 熱爐進行熱處理?，F(xiàn)有的公開文獻“Application of heat-resistant titanlium-based compressor disk with dual structure，，，Materials Science and Engineering A213 (1996) 124-127 和“DUAL-MICRO HEATTREAT”，ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/JULY 2003,36-39提到的梯度熱處理是采用 高頻電感應加熱器產(chǎn)生的感應電流，在渦流效應的作 用下加熱盤件盤緣，爾后通過盤件金屬本身的熱傳導向盤芯傳熱，形成溫度梯度；電感應加 熱由于是自身發(fā)熱，溫度不容易控制。控制盤緣區(qū)域的實際溫度，需要隨時不斷調(diào)節(jié)電功率 大小，使設備變得復雜，給實際操作帶來不便，成本大幅度提高。另一梯度熱處理方法是將 盤件的低溫部位用絕熱材料包裹住，其內(nèi)插入熱電偶，然后放入爐中，未包裹的部分很快到 達設定溫度，而包裹住的部分則靠熱傳導緩慢升溫，這種方法只適合溫差不大，熱處理時間 不長的情況下，且低溫部位的溫度不能調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中所存在的上述問題，提出了一種適用于大溫度梯度雙金 屬盤類鍛(焊)件的梯度熱處理裝置，其主要解決的技術問題在于該裝置可形成高達 3000C -400°C的溫度梯度；盤類件梯度熱處理時處于高溫內(nèi)室中的部分和處于低溫外室中 的部分的溫度均勻性；溫度易測量與易控制。本發(fā)明的梯度熱處理裝置由梯度加熱爐和水冷裝置構成，梯度加熱爐形成較小的 溫度梯度(50-70°C )，放入水冷裝置后可形成較大的溫度梯度(約300°C，當只放入一個水 冷裝置時)。本發(fā)明的梯度熱處理裝置中的梯度熱處理爐由兩個半圓的支承隔離墻、耐火爐襯 和保溫蓋合攏形成高溫內(nèi)室和低溫外室，內(nèi)室內(nèi)置有電阻帶以產(chǎn)生高溫輻射；外室無熱源， 上下可與大氣相通，待處理盤芯部位的溫度的上升主要依賴于盤件本身的熱傳導，并可根 據(jù)溫度梯度大小決定是否封閉外室上下通口，讓爐內(nèi)空氣與外部大氣連通，還可在外室內(nèi) 盤試樣上方的熱電偶固定塊上放置水冷裝置，以加大溫度梯度。本發(fā)明的梯度熱處理裝置中的水冷裝置，由流水塊、過水槽塊、及管接頭組成，流 水塊內(nèi)開有進、出水通孔，過水槽塊內(nèi)的過水槽采用漫流形式，以冷卻整個底面；使用時緊 貼在熱電偶固定塊上，依靠調(diào)節(jié)水冷裝置內(nèi)水流速度控制帶走熱量的多少，保證盤芯始終處于設定的溫度，從而實現(xiàn)盤緣與盤芯所需求的大溫差(300 400°C )。為了解決連接部位具有不同直徑的雙合金盤類件的梯度熱處理，本發(fā)明中兩個半圓的支承隔離墻頂部和保溫蓋底部的內(nèi)外半徑可根據(jù)構成雙合金盤的雙合金結合(焊合) 處直徑大小確定，在支承隔離墻和保溫蓋之間留有放熱處理件的間隙空間，盤試樣放在所 留間隙處，環(huán)形焊縫放在支承隔離墻頂部上，此間隙用硅酸鋁纖維密封。這樣內(nèi)室因置有發(fā) 熱體，為輻射高溫區(qū)，外室無熱源，外室溫度的升高所需熱量主要來自熱處理件、隔墻材料 的熱傳導。本發(fā)明的梯度熱處理裝置內(nèi)室的溫度由2支熱電偶連接到溫控儀上對內(nèi)室溫度 進行自動控制，外室溫度由放在試樣上方與熱電偶固定塊槽內(nèi)的熱電偶進行監(jiān)控。本發(fā)明 梯度熱處理爐中的支承隔離墻和耐火爐襯由低密度高溫水泥澆注料制成，支承隔離墻除可 承擔盤試樣重量外，還與保溫蓋、硅酸鋁纖維一起隔離輻射；保證處于外室中的盤芯部位只 能依賴材料本身的熱傳導升溫；保溫蓋為硅酸鋁纖維整體壓縮而成，它具有重量輕，隔熱、 隔輻射性能好、又易于維修的優(yōu)點，當更換內(nèi)室中的電阻帶時，只需移走爐蓋和保溫蓋，就 可方便地更換電阻帶。本發(fā)明的梯度熱處理爐爐底板下安裝有六個萬向輪，兩半圓爐體閉合后由閉合鎖 扣鎖住，也無需特殊的固定裝置，開啟、閉合、移動十分方便，特別適合操作場地受限的研究 單位。


下面結合附圖對本發(fā)明的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置作進一步詳細 描述。圖1為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置沿A-A線剖視圖。圖2為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置的俯視圖。圖3為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置中水冷裝置結構示意圖。圖4為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置中水冷裝置結構俯視圖。圖5為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理爐外室測溫熱電偶固定塊示意 圖。圖6為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理爐外室測溫熱電偶固定塊俯視 圖。圖7Ti3Al/TCll雙合金模擬盤梯度熱處理第一次固溶時，外室溫度及波動情況。圖8Ti3Al/TCll雙合金模擬盤梯度熱處理第一次時效時，外室溫度及波動情況。圖9Ti3Al/TCll雙合金模擬盤梯度熱處理第二次時效時，外室溫度及波動情況。1-爐蓋 2-熱電偶 3-硅酸鋁纖維 4，6_進、出水管 7_熱電偶8_保溫蓋 9_接線柱10-接線柱11-外保溫層 12-爐殼13-爐底板14-絕熱板15-耐火爐 襯16-試樣17-熱電偶固定塊18-支承隔離墻19-電阻帶20-萬向輪21-連接軸 套22-吊環(huán)23-閉合鎖扣5-水冷裝置a_管接頭b_吊環(huán)C-管接頭d-流水塊e_密封圈f_過水槽塊
具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置的結構，由梯度加熱爐和水冷裝置5構成，梯度加熱爐形成較小的溫度梯度(50-70°C)，放入水冷裝置后可形 成較大的溫度梯度(約300°C，當只放入一個水冷裝置時)。所述的梯度熱處理爐由兩個半圓的支承隔離墻18、耐火爐襯15和保溫蓋8合攏形 成高溫內(nèi)室和低溫外室，內(nèi)室內(nèi)置有電阻帶19以產(chǎn)生高溫輻射；外室無熱源，上下可與大 氣相通，待處理盤芯部位的溫度的上升主要依賴于盤件本身的熱傳導，并可根據(jù)溫度梯度 大小決定是封閉外室上下通口，還是打開通口，讓爐內(nèi)空氣與外部大氣連通，還可在外室內(nèi) 盤試樣上方的熱電偶固定塊17上放置水冷裝置5，以加大溫度梯度。圖3所示為本發(fā)明梯度熱處理裝置中水冷裝置5，由流水塊d、過水槽塊f、密封圈 e及管接頭a、管接頭C、吊環(huán)b組成。流水塊d內(nèi)開有進水與出水通孔，流水塊與過水槽塊 用耐溫橡膠密封圈e密封，并靠螺紋連接成一體；過水槽塊f內(nèi)的過水槽采用漫流形式，以 冷卻整個底面；使用時緊貼在熱電偶固定塊17上，將試樣上多余的部分熱量帶走，并依靠 調(diào)節(jié)水冷裝置內(nèi)水流速度控制帶走熱量的多少，保證盤芯始終處于設定的溫度，從而實現(xiàn) 盤緣與盤芯所需求的大溫差(300 400°C )。若溫差彡300°C，可以只放一個水冷裝置；若 溫差彡100°C，可以不放水冷裝置，僅需向外室適當吹風；若溫差彡50°C，熱處理時間又較 短Ih)，則可以將外室上下兩個通口用硅酸鋁纖維3封住。為了解決連接部位具有不同直徑的雙合金盤類件的梯度熱處理，所述的兩個半圓 的支承隔離墻18頂部和保溫蓋8底部的內(nèi)外半徑可根據(jù)構成雙合金盤的雙合金結合(焊 合)處直徑大小確定，在支承隔離墻18和保溫蓋8之間留有放熱處理件的間隙空間，盤試 樣放在所留間隙處，環(huán)形焊縫放在支承隔離墻18頂部上，此間隙用硅酸鋁纖維3密封。這 樣內(nèi)室因置有發(fā)熱體，為輻射高溫區(qū)，外室無熱源，外室溫度的升高所需熱量主要來自熱處 理件、隔墻材料的熱傳導。所述的梯度熱處理裝置內(nèi)室的溫度由2支熱電偶2連接到溫控儀上對內(nèi)室溫度進 行自動控制，外室溫度由放在試樣上方與熱電偶固定塊17槽內(nèi)的熱電偶7進行監(jiān)控，熱電 偶固定塊的作用主要是防止水冷裝置直接壓在熱電偶上，使盤芯表面的溫度失真，熱電偶 固定塊17的厚度應根據(jù)傳遞熱量的多少確定。所述的梯度熱處理爐中的支承隔離墻18和耐火爐襯15由低密度高溫水泥澆注料 制成，支承隔離墻除可承擔盤試樣16重量外，還與保溫蓋8、硅酸鋁纖維3 —起隔離輻射； 保證處于外室中的盤芯部位只能依賴材料本身的熱傳導升溫；保溫蓋8為硅酸鋁纖維整體 壓縮而成，它具有重量輕，隔熱、隔輻射性能好、又易于維修的優(yōu)點，當更換內(nèi)室中的電阻帶 時，只需移走爐蓋1和保溫蓋8，就可方便地更換電阻帶19。所述的梯度熱處理爐爐底板下安裝有六個萬向輪，兩半圓爐體閉合后由閉合鎖扣23 鎖住，無需特殊的固定裝置，開啟、閉合、移動十分方便，特別適合操作場地受限的研究單位。根據(jù)本發(fā)明的梯度熱處理裝置制作的梯度熱處理爐，按下述熱處理制度進行梯度 熱處理Ti3AVTCll雙合金盤件時Ti3AVTCll雙合金盤熱處理制度，10200C (內(nèi)室，Ti3Al合金側)，lh/950°C (夕卜 室，TCll合金側)，lh，空冷+815°C (內(nèi)室，Ti3Al合金側)，lh/小于500°C (外室，TCll合 金側)，Ih,空冷+7000C (內(nèi)室，Ti3Al合金側)，7h/530 (外室，TCll合金側)，7h，空冷。
Ti3AVTCll 雙合金盤 1020°C (Ti3Al 合金側)，lh/950°C (TCI 1 合金側)，Ih 第 一重固溶梯度處理時，內(nèi)室溫度1020°C，外室實際溫度及波動情況見圖7 ；第二次梯度熱 處理時，內(nèi)室溫度815°C，外室實際溫度及波動情況見圖8，溫度波動在12°C以內(nèi)；最后一 次梯度熱處理時，內(nèi)室溫度700°C，外室實際溫度及波動情況見圖9，實際波動幅度小于 + IO0C0按上述熱處理制度進行梯度熱處理Ti3AVTCll雙合金盤件時，測得的內(nèi)外室實際溫度曲線如圖7、圖8、圖9所示。
權利要求
一種用于雙合金盤類件的電阻加熱梯度熱處理裝置，它主要由高溫內(nèi)室和低溫外室構成梯度熱處理爐部分，其特征在于高溫內(nèi)室由兩個半圓的支承隔離墻(18)、耐火爐襯(15)和保溫蓋(8)合攏后圍成，并在內(nèi)室置有電阻帶(19)以產(chǎn)生高溫輻射；外室由支承隔離墻(18)和保溫蓋(8)合攏后圍成，無熱源，并與外界相通，內(nèi)室與外室之間設有放置試樣(16)的環(huán)孔，試樣熱處理時盤試樣邊緣處于高溫輻射區(qū)，盤芯溫度上升依賴金屬自身的熱傳導獲得。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，其特征在于大的 溫度梯度的獲得是依靠梯度熱處理爐外室內(nèi)放置水冷裝置實現(xiàn)，可根據(jù)溫度梯度大小分別 在盤試樣(16)中心位置上方與下方放置水冷裝置(5)，水冷裝置攜帶熱量的多少靠調(diào)節(jié)水 流流速實現(xiàn)，處于外室內(nèi)的盤芯部位的溫度是依靠放置在水冷裝置與盤試樣之間的熱電偶 固定塊(17)中心環(huán)槽里的熱電偶(7)監(jiān)測。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，其特征在于所述 的梯度熱處理爐的支承隔離墻(18)頂部和保溫蓋(8)底部的外徑與內(nèi)徑可根據(jù)構成雙合 金盤的兩種材料的結合(焊接)處，或雙性能盤不同的兩種組織過渡處的直徑大小確定。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，其特征在于所述 的梯度熱處理爐由連接軸套(21)將兩個半圓爐體連接成一個可分、合的整體，工作期間， 兩半圓爐體由閉合鎖扣(23)鎖住，爐底板(13)下安裝六個萬向輪(20)，方便移動、開啟與 閉合。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，其特征在于所述 的梯度熱處理爐的支承隔離墻(18)和耐火爐襯(15)均由低密度澆注料制成，保溫蓋(8) 為硅酸鋁纖維(3)整體壓縮而成，耐火爐襯(15)墻上安掛電阻帶(19)，內(nèi)室溫度由熱電偶 (2)自動控制。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，所述的梯度熱 處理爐外室內(nèi)的水冷裝置(5)，由流水塊(d)、密封圈(e)、過水槽塊(f)及管接頭(a，c)、吊 環(huán)(b)組成，其特征在于流水塊(d)內(nèi)開有進水與出水通孔，過水槽塊(f)內(nèi)的過水槽采 用漫流形式，以冷卻整個底面，流水塊(d)與過水槽塊(f)用耐溫橡膠密封圈(e)密封，靠 螺紋連接成一體，通過吊環(huán)(b)可將水冷裝置方便地放進外室中，也容易從中取出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙合金盤類件電阻加熱梯度熱處理裝置，該裝置由梯度熱處理爐和水冷裝置組成。梯度熱處理爐由兩個半圓爐體構成，其內(nèi)的支承隔離墻、保溫蓋和耐火爐襯將加熱區(qū)與熱傳遞區(qū)分開為內(nèi)室與外室，內(nèi)室外圓墻體上布有電阻帶，主要為高溫輻射加熱，外室無熱源，與外部大氣相通，在支承隔離墻頂部與保溫蓋的下部留有放置盤類件的間隙，雙合金連接區(qū)置于支承隔離墻頂部，并用硅酸鋁纖維封住內(nèi)室與外室的間隙，使處于外室內(nèi)的盤芯部位溫升，依靠盤件本身的熱傳導提供熱量，實現(xiàn)盤類件的梯度熱處理。大溫度梯度的獲得主要依賴在外室內(nèi)盤芯區(qū)域放置水冷裝置，通過循環(huán)水將外室內(nèi)多余的熱量帶走。內(nèi)室溫度由熱電偶自動控制，外室溫度由熱電偶監(jiān)控，溫度梯度則由人工調(diào)節(jié)。
文檔編號C21D9/00GK101845541SQ200910021668
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權日2009年3月24日
發(fā)明者劉瑩瑩, 姚澤坤, 楊航航, 秦春, 郭鴻鎮(zhèn) 申請人:西北工業(yè)大學