[发明专利]高温度梯度热处理装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于热处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高温度梯度热处理装置及其使用方法。

背景技术

热处理是把材料放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后以不同速度在不同的介质中冷却的手段。

在室温或较高温度下(低于固溶温度)，过饱和固溶体中原本固溶在基体中的固溶体会从基体中析出形成沉淀相，从而导致材料硬度增加，这一现象叫时效硬化现象。为了研究在不同温度下固溶体析出行为，通常需要在不同的温度对材料时效不同时间，然而这需要大量的实验样品和较长的实验周期。

高温度梯度热处理可以对一个样品进行温度连续变化的热处理，通过对高温度梯度实验后样品微观组织变化规律分析可以得到规律性结果，相当于做了一系列的时效实验，大大地节省了时间和精力，提高实验效率。

高温度梯度实现方式通常有电阻加热和电磁感应加热两种，电阻加热是将电阻丝环绕在样品一端，对电阻丝进行通电产生焦耳热，通过热传导的方式来加热样品，然而其热量散失大，周围环境温度也随之升高；通常情况下样品较小时很难形成大的温度梯度；热滞后较大，不易精确控温；电阻丝容易因高温老化而烧断。

电磁感应加热的原理是感应加热电源产生的交变电流通过线圈产生交变磁场，导体置于其中切割交变磁力线，从而在物体内部产生涡流，涡流使物体内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物品的效果。电磁感应加热线圈本身基本不会产生热量，寿命长，无需检修，无维护更换成本，热量聚集于加热体内部，热量利用充分，基本无散失，线圈本身不发热，热阻滞小，温度控制实时准确。

高温度梯度热处理中温度测试装置目前多采用热电偶测温，在样品或者导热模具上连接热电偶来采集温度数据。为了获取样品多个区域的温度，往往需要连接多个热电偶，而这种方式得到的数据点是离散的点分布，无法获得整个样品上的温度分布，而且对于长度较短的样品往往很难连接多个热电偶。

目前现有高温度梯度热处理装置的缺点为：

1)高温度梯度实现方式主要是电阻加热，电阻加热能耗大，温度控制困难，难以形成合适的温度梯度；

2)温度测量主要手段是在样品上连接热电偶，根据热电偶得到的温度数据来测温，需要多个热电偶，当样品较小时连接困难，而且无法得到加热时样品的详细的温度分布；

3)加热过程中，温度梯度难以调控，加热温度难以稳定，缺少对于加热温度的调控系统。

有鉴于此，确有必要提供一种可控、高效的高温度梯度热处理装置及其使用方法。

发明内容

本发明的发明目的在于：提供一种可控、高效的高温度梯度热处理装置及其使用方法，以形成合适的高温度梯度并实现对温度的调控。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种高温度梯度热处理装置，其包括：用于对样品棒一端进行加热的加热装置，用于对样品棒另一端进行冷却的冷却槽，用于测量整个样品棒表面温度的温度测量装置，用于调控温度的PID控制器，以及记录实时温度分布的计算机，所述温度测量装置与计算机连接，PID控制器分别与计算机和加热装置连接。

其中，PID控制器(Proportion Integration Differentiation)即为比例-积分-微分控制器，是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述样品棒的直径为3-10mm，长度为40-80mm。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述加热装置为感应加热装置。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述加热装置为激光加热装置。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述温度测量装置为红外热像仪，测量整个样品棒表面的温度。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述冷却槽采用的冷却剂为水或液氮。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述冷却槽下部设有冷却剂入口，上部设有冷却剂出口，进入管与冷却剂入口连通并直通至冷却槽内液面的位置，进入管的顶部设有样品棒固定装置，所述样品棒一端安装在样品棒固定装置内。

作为本发明高温度梯度热处理装置的一种改进，所述样品棒固定装置包括底部封闭且侧壁设有通孔的圆柱套筒和中间设有通孔的固定柱，所述固定柱置于圆柱套筒内部，所述样品棒安装在固定柱中间的通孔内。