[发明专利]棒状材料梯度热处理装置及用该装置处理棒状材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯度热处理装置，特别是涉及一种棒状材料梯度热处理装置，还涉及采用这种梯度热处理装置处理棒状材料的方法。

背景技术

先进航空发动机系统对双性能构件的需求日益增加，特别是压气机盘、涡轮盘以及连接销等承温、受力存在明显差异的部件。以涡轮盘为例，从盘心到盘缘所承受的工作环境截然不同：盘心与轴相连，承受着涡轮叶片旋转产生的非常大的离心拉应力，但是工作温度相对较低；而盘缘直接与叶片相连，受到的离心拉应力较小，但是与燃气直接接触、工作温度较高。因此，制造出具有梯度组织的双性能涡轮盘——盘心具有细晶组织、盘缘具有粗晶组织——充分发挥细晶组织、粗晶组织在低温高应力、高温低应力下的性能优势，满足涡轮盘各个部位实际工作需要，可大大提高发动机的推重比。

文献“公开号CN101845541A的中国发明专利”公开了一种盘类件梯度热处理装置。该装置由两个半圆炉体构成，依靠电阻带对盘缘进行辐射加热；通过一个固定在炉体上端的冷却箱，依靠冷却水带走盘心部位的热量，进而获得盘类件径向温度梯度。受到炉体结构和水冷装置冷却效率低的限制，此装置不能再更高的温度上获得更大的温度梯度。同时，该装置无法获得轴向温度梯度、无法对棒状材料进行梯度热处理。

发明内容

为了克服现有盘类件梯度热处理装置无法获得轴向温度梯度、不能对棒状材料进行梯度热处理的不足，本发明提供一种棒状材料梯度热处理装置。该装置上炉体是感应加热系统，下炉体是冷却系统，通过上炉体对棒状材料上端进行感应加热，通过下炉体对棒状材料下端进行水冷导热，可以获得由上至下的轴向的温度梯度，制备出具有梯度组织的棒状材料。通过调整上炉体高度、更换不同尺寸的密封盖，可以实现对不同尺寸棒状材料进行梯度热处理的功能。

本发明还提供采用棒状材料梯度热处理装置处理棒状材料的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种棒状材料梯度热处理装置，包括热电偶5、万向轮8、进水管10和水冷箱11，其特点是还包括热电偶挂架2、支撑架3、感应加热圈4、支撑螺母6、循环泵7、紧固螺栓12、密封盖13和变压器14。上炉体底板15将装置分为上炉体和下炉体，上炉体和下炉体的高度可以调整。下炉体底板9上从外到内依次固连有支撑架3、热电偶挂架2和水冷箱11。所述支撑架3带有螺纹，支撑螺母6与支撑架3螺纹配合，用于支撑螺母6用于支撑上炉体顶板1和上炉体底板15，上炉体顶板1与上炉体底板15之间固定感应加热圈4，上炉体顶板1上固定有热电偶5，热电偶5位于感应加热圈4与棒状材料之间。上炉体顶板1和上炉体底板15上有供热电偶挂架2自由伸出的孔。上炉体底板15和水冷箱11顶部有孔，上炉体底板15的下面、水冷箱11的上面用紧固螺栓12紧固密封盖13，密封盖13有供棒状材料穿过的孔，密封盖13上的孔与上炉体底板15和水冷箱11顶部的孔同圆心。密封盖13可以更换。水冷箱11上连接有进水管10和循环泵7后。所述下炉体底板9装有万向轮8。所述热电偶挂架2带有高度刻度，每只挂架最多可挂八支热电偶5，变压器14给感应加热圈4提供电源。

所述密封盖13上孔的直径是30～120mm。

所述每只热电偶挂架2最多可挂八支热电偶5。

一种采用上述棒状材料梯度热处理装置处理棒状材料的方法，其特点是包括以下步骤：首先调节上炉体顶板1和上炉体底板15的高度，紧固密封盖13，安装热电偶5，根据棒状材料的直径，选择合适的密封盖13；将棒状材料由密封盖13的孔中穿过，将热电偶挂架2由上炉体底板15的孔中穿过；旋动支撑螺母6，调低上炉体底板15，旋紧紧固螺栓12，完成棒状材料装炉。

梯度热处理开始，通过感应加热圈4对棒状材料上端进行加热，并在下端采用水冷箱11进行导热。在打开加热开关以前，先调节循环泵7并控制冷却水流速度，以最小水流速度200L/H，通冷却水5～15min；打开加热开关，对棒状材料上端进行加热；温度升至500℃后，关闭加热开关，调节循环泵7、增大水流速度至500L/H；5～15min后，打开加热开关继续加热；至1000℃后，再次关闭加热开关、增大水流速度至800L/H；5～15min后，再次打开加热开关，升温至预设温度1100～1200℃。

梯度热处理结束，关闭加热开关，调节循环泵7，以最大流速800L/H常开冷却箱11。40～80min后，与装炉相反的顺序、取出棒状材料。