CN112708746A - 一种高温合金热处理防氧化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温合金热处理技术领域。具体涉及一种高温合金热处理防氧化装置及方法。该装置包括外层排气***、内层排气***、载物台和进气管道，外层排气***为环形中空结构，内层排气***为环形中空结构，内层排气***与外层排气***插装配合，内层排气***的空腔与外层排气***的空腔相通；外层排气***的第一内环部分内侧下部设置中空的载物台，载物台的外侧与外层排气***的空腔相连通，载物台的底部与进气管道一端相连通。本发明通过从不同角度向在热处理过程中的高温合金样品不断吹入惰性气体，减少样品同氧化环境接触，防止高温合金在高温热处理过程中发生氧化。本发明可用于高温合金等材料在大气环境下进行高温热处理时的氧化防护。

Description

一种高温合金热处理防氧化装置及方法
技术领域
本发明涉及高温合金热处理技术领域，具体涉及一种高温合金热处理防氧化装置及方法。
背景技术
高温合金目前被广泛应用于航空发动机、燃气轮机等耐高温材料制造。高温合金通常需要通过热处理来改善其使用性能，常用的高温合金热处理步骤包括固溶和时效。固溶通常在较高的温度进行，例如：DD5单晶镍基高温合金的固溶温度高达1300℃，其目的是溶解强化相γ′并提高组织均匀性；时效是使溶解的γ′相以更多的数量和更好的立方度重新析出，以此提高高温合金的性能。高温合金热处理通常在马弗炉中空气环境下进行，高的固溶温度和多级时效使得合金表层在热处理过程中非常容易发生氧化，从而影响合金的性能。因此，减少或避免高温合金热处理氧化对提高合金热处理后的性能有着重要意义。目前常用的高温合金热处理防氧化方法主要是涂抹抗氧化浆料和真空热处理炉，前者成本低，但在氧化过程中容易剥落；后者成本较高。因而，亟需一种成本适中，抗氧化效果良好的热处理装置或方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种高温合金热处理防氧化装置及方法，通过从不同角度向在热处理过程中的高温合金样品不断吹入惰性气体，减少样品同氧化环境接触，防止高温合金在高温热处理过程中发生氧化。
本发明的技术方案是：
一种高温合金热处理防氧化装置，包括外层排气***、内层排气***、载物台和进气管道，具体结构如下：
外层排气***为环形中空结构，由第一内环部分、第一外环部分围成中空的空腔，所述空腔的上端开口，第一内环部分的上部设有上下两组排气孔：第一排气孔和第二排气孔；内层排气***为环形中空结构，由第二内环部分、第二外环部分围成中空的空腔，所述空腔的下端开口，第二内环部分的上部设有上下两组排气孔：第三排气孔和第四排气孔；
内层排气***与外层排气***插装配合，内层排气***的空腔与外层排气***的空腔相通；外层排气***的第一内环部分内侧下部设置中空的载物台，载物台的外侧与外层排气***的空腔相连通，载物台的底部与进气管道一端相连通。
所述的高温合金热处理防氧化装置，第一内环部分的上端高于第一外环部分的上端。
所述的高温合金热处理防氧化装置，每组排气孔均由8个圆形孔沿圆周均匀分布组成。
所述的高温合金热处理防氧化装置，装配时，第一排气孔与第三排气孔重合，第二排气孔与第四排气孔重合。
所述的高温合金热处理防氧化装置，进气管道为螺旋排布结构。
所述的高温合金热处理防氧化装置，进气管道的另一端通过热处理炉的壁孔延伸至炉外，与惰性气体储存装置相连。
所述的高温合金热处理防氧化装置，内层排气***的下部设有第一固定孔，外层排气***上设有第二固定孔和第三固定孔，通过调节内层排气***升降，使第一固定孔分别与第二固定孔和第三固定孔相对应，通过固定棒穿设于第二固定孔与第一固定孔，或者通过固定棒穿设于第三固定孔与第一固定孔。
一种高温合金热处理防氧化方法，包括如下步骤：
步骤1：放置样品于载物台上，根据样品高度调节内层排气***的高度；
步骤2：打开惰性气体储存装置的进气阀门，向热处理炉中通入惰性气体；
步骤3：热处理炉启动加热，热处理过程中持续通入惰性气体；
步骤4：热处理后关闭惰性气体储存装置的进气阀门，冷却至室温，将样品取出。
所述的高温合金热处理防氧化方法，根据载物台上的样品高度调节内层排气***的高度时，内层排气***高度调节至第四排气孔高于或平行于样品最高表面；通过第一固定孔和第二固定孔的连通，使内层排气***上升，第四排气孔露出；另外，通过第一固定孔和第三固定孔的连通，使内层排气***继续上升，第三排气孔与第四排气孔同时露出。
所述的高温合金热处理防氧化方法，在热处理前，将热处理样品放置于载物台上，通入惰性气体，惰性气体进入热处理炉体后并不是直接吹向样品，依次经过进气管道、载物台、外层排气***和内层排气***，惰性气体通过排气孔向样品四周吹入，使样品周围的氧气含量降低。
本发明的设计思想是：
本发明采用环形防氧化装置吹入惰性气体包裹热处理样品隔绝空气以防止氧化；另外，设计螺旋式进气管道与可调节高度排气***结合的构造，同时满足加热惰性气体和使惰性气体完全包裹样品的需求。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明热处理过程中不断向样品周围均匀吹入惰性气体，保护样品不被氧化；
2.本发明内层排气***可根据样品高度上下调节，使惰性气体尽可能完全包裹样品，防止因样品较大无法吹入惰性气体导致氧化的情况；
3.本发明螺旋式进气管道使惰性气体需要通过较长的路径，另外还需通过载物台、排气***，可使惰性气体得到充分加热，不影响样品的热处理温度。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明调节后的立体结构示意图；
图3为本发明的排气***剖视放大示意图；
图4为图3中A处的进气通道俯视放大图。
图中：1、外层排气***；101、第一内环部分；102、第一外环部分；2、第一排气孔；3、第二排气孔；4、内层排气***；401、第二内环部分；402、第二外环部分；5、第三排气孔；6、第四排气孔；7、第一固定孔；8、第二固定孔；9、第三固定孔；10、固定棒；11、载物台；12、进气管道。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明的高温合金热处理防氧化装置，主要包括：外层排气***1、内层排气***4、载物台11和进气管道12，具体结构如下：
外层排气***1为环形中空结构，由第一内环部分101、第一外环部分102围成中空的空腔，所述空腔的上端开口，第一内环部分101的上端高于第一外环部分102的上端，第一内环部分101的上部设有上下两组排气孔：第一排气孔2和第二排气孔3；
内层排气***4为环形中空结构，由第二内环部分401、第二外环部分402围成中空的空腔，所述空腔的下端开口，第二内环部分401的上部设有上下两组排气孔：第三排气孔5和第四排气孔6；
内层排气***4与外层排气***1插装配合，内层排气***4的空腔与外层排气***1的空腔相通；装配时，第一排气孔2与第三排气孔5重合，第二排气孔3与第四排气孔6重合。每组排气孔均由8个圆形孔沿圆周均匀分布组成，避免单一方向吹入惰性气体使样品无法完全被惰性气体包裹导致氧化。
外层排气***1的第一内环部分101内侧下部设置中空的载物台11，载物台11的外侧与外层排气***1的空腔相连通，载物台11的底部与进气管道12的一端相连通，进气管道12为螺旋排布结构。进气管道12的另一端通过热处理炉的壁孔延伸至炉外，与惰性气体储存装置相连。
内层排气***4的下部设有第一固定孔7，外层排气***1上设有第二固定孔8和第三固定孔9，通过调节内层排气***4升降，使第一固定孔7分别与第二固定孔8和第三固定孔9相对应，通过固定棒10穿设于第二固定孔8与第一固定孔7，或者通过固定棒10穿设于第三固定孔9与第一固定孔7，将内层排气***4与外层排气***1连接固定，起到调节内层排气***4高度的作用。
使用时，根据载物台11上的样品高度调节内层排气***4的高度。通过第一固定孔7和第二固定孔8的连通，可以使内层排气***4上升，第四排气孔6露出；另外，通过第一固定孔7和第三固定孔9的连通，可以使内层排气***4继续上升，第三排气孔5与第四排气孔6同时露出。通过调节内层排气***4的高度，使排气孔高于样品，可以保证样品顶部也一同受到惰性气体的保护而不被氧化。
在热处理前，将热处理样品放置于载物台11上，通入惰性气体，惰性气体进入热处理炉体后并不是直接吹向样品，需要依次经过进气管道12、载物台11、外层排气***1和内层排气***4，惰性气体通过排气孔向样品四周吹入，使样品周围的氧气含量降低，从而达到热处理防氧化的目的。进气管道12、载物台11、外层排气***1和内层排气***4均由陶瓷材料制成，气体经辐射传热和对流传热进行加热，使得对样品温度影响很小。
下面，将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，将单晶镍基高温合金DD5小样品进行防氧化固溶热处理，工艺步骤及参数如下：
将样品放置于载物台11中央，将热处理防氧化装置放入热处理炉，关闭炉门，进气管道12通过炉壁孔接到氩气瓶上，打开氩气瓶开关，使氩气输出端气压在4kg/cm2左右，通气约5min后加热热处理炉至固溶温度1300℃，期间持续通入氩气。热处理结束后，关闭热处理炉，待降到室温后，关闭气阀，断开进气管道与氩瓶的连接，将装置与样品一同取出。
实施例2
本实施例中，将单晶镍基高温合金DD5中样品进行防氧化固溶热处理，工艺步骤及参数如下：
将样品放置于载物台11中央，将第一固定孔7和第二固定孔8连通，穿入固定棒10固定，将热处理防氧化装置放入热处理炉，关闭炉门，进气管道12通过炉壁孔接到氩气瓶上，打开氩气瓶开关，使氩气输出端气压在6kg/cm2左右，通气约5min后加热热处理炉至固溶温度1300℃，期间持续通入氩气。热处理结束后，关闭热处理炉，待降到室温后，关闭气阀，断开进气管道与氩瓶的连接，将装置与样品一同取出。
实施例3
本实施例中，将单晶镍基高温合金DD5大样品进行防氧化固溶热处理，工艺步骤及参数如下：
将样品放置于载物台11中央，将第一固定孔7和第三固定孔9连通，穿入固定棒10固定，将热处理防氧化装置放入热处理炉，关闭炉门，进气管道12通过炉壁孔接到氩气瓶上，打开氩气瓶开关，使氩气输出端气压在8kg/cm2左右，通气约5min后加热热处理炉至固溶温度1300℃，期间持续通入氩气。热处理结束后，关闭热处理炉，待降到室温后，关闭气阀，断开进气管道与氩瓶的连接，将装置与样品一同取出。
实施例结果表明，本发明可用于高温合金等材料在大气环境下进行高温热处理时的氧化防护。该装置拆装便捷，操作简单，整套流程安全无污染。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、变形等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，包括外层排气***、内层排气***、载物台和进气管道，具体结构如下：
外层排气***为环形中空结构，由第一内环部分、第一外环部分围成中空的空腔，所述空腔的上端开口，第一内环部分的上部设有上下两组排气孔：第一排气孔和第二排气孔；内层排气***为环形中空结构，由第二内环部分、第二外环部分围成中空的空腔，所述空腔的下端开口，第二内环部分的上部设有上下两组排气孔：第三排气孔和第四排气孔；
内层排气***与外层排气***插装配合，内层排气***的空腔与外层排气***的空腔相通；外层排气***的第一内环部分内侧下部设置中空的载物台，载物台的外侧与外层排气***的空腔相连通，载物台的底部与进气管道一端相连通。
2.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，第一内环部分的上端高于第一外环部分的上端。
3.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，每组排气孔均由8个圆形孔沿圆周均匀分布组成。
4.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，装配时，第一排气孔与第三排气孔重合，第二排气孔与第四排气孔重合。
5.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，进气管道为螺旋排布结构。
6.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，进气管道的另一端通过热处理炉的壁孔延伸至炉外，与惰性气体储存装置相连。
7.按照权利要求1所述的高温合金热处理防氧化装置，其特征在于，内层排气***的下部设有第一固定孔，外层排气***上设有第二固定孔和第三固定孔，通过调节内层排气***升降，使第一固定孔分别与第二固定孔和第三固定孔相对应，通过固定棒穿设于第二固定孔与第一固定孔，或者通过固定棒穿设于第三固定孔与第一固定孔。
8.一种使用权利要求1至7之一所述装置的高温合金热处理防氧化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：放置样品于载物台上，根据样品高度调节内层排气***的高度；
步骤2：打开惰性气体储存装置的进气阀门，向热处理炉中通入惰性气体；
步骤3：热处理炉启动加热，热处理过程中持续通入惰性气体；
步骤4：热处理后关闭惰性气体储存装置的进气阀门，冷却至室温，将样品取出。
9.按照权利要求8所述的高温合金热处理防氧化方法，其特征在于，根据载物台上的样品高度调节内层排气***的高度时，内层排气***高度调节至第四排气孔高于或平行于样品最高表面；通过第一固定孔和第二固定孔的连通，使内层排气***上升，第四排气孔露出；另外，通过第一固定孔和第三固定孔的连通，使内层排气***继续上升，第三排气孔与第四排气孔同时露出。
10.按照权利要求8所述的高温合金热处理防氧化方法，其特征在于，在热处理前，将热处理样品放置于载物台上，通入惰性气体，惰性气体进入热处理炉体后并不是直接吹向样品，依次经过进气管道、载物台、外层排气***和内层排气***，惰性气体通过排气孔向样品四周吹入，使样品周围的氧气含量降低。
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