本發(fā)明涉及一種金屬材料高溫真空退火爐，屬金屬材料高溫真空退火組織結(jié)構(gòu)演變研究及特征分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

材料的組織退化而造成的性能損傷是航空航天、火電、核電等領(lǐng)域關(guān)鍵高溫部件長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中的主要失效形式，因此進(jìn)行該領(lǐng)域高溫部件用金屬材料服役溫度下的長(zhǎng)時(shí)組織演變規(guī)律研究對(duì)材料研發(fā)、部件性能評(píng)價(jià)和壽命評(píng)估等有著重要意義。

航空航天、火電、核電等領(lǐng)域高溫結(jié)構(gòu)用高溫合金等金屬材料在高溫空氣環(huán)境中會(huì)發(fā)生氧化，高溫氧化會(huì)影響材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，縮短構(gòu)件的使用壽命，因此，此類(lèi)結(jié)構(gòu)一般都是帶涂層工作的。材料研究過(guò)程中，為反映該類(lèi)材料服役環(huán)境下的真實(shí)結(jié)構(gòu)信息，高溫長(zhǎng)時(shí)組織結(jié)構(gòu)演變研究需要在真空環(huán)境下進(jìn)行；此外，材料服役溫度下的長(zhǎng)時(shí)組織演變規(guī)律研究過(guò)程中需要進(jìn)行不同溫度不同時(shí)間條件下的大量高溫退火試驗(yàn)，并要求退火完成后的冷卻過(guò)程中盡量保持材料高溫退火狀態(tài)下的原始組織結(jié)構(gòu)特征。因此，高溫退火爐必須滿足以下條件：（1）退火爐爐腔為真空狀態(tài)；（2）同一溫度不同時(shí)間批次的樣品一起進(jìn)行，需要考慮退火過(guò)程中的中途取樣問(wèn)題；（3）樣品退火完成后需要采用快速冷卻處理，以保留退火態(tài)的組織結(jié)構(gòu)特征。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種金屬材料高溫真空退火爐，可實(shí)現(xiàn)真空退火、中途取樣、快速冷卻。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種金屬材料高溫真空退火爐，所述金屬材料高溫真空退火爐包括：主真空艙組件、真空預(yù)抽室組件、抽真空組件和第一插板閥，所述主真空艙組件與所述真空預(yù)抽室組件之間設(shè)置所述第一插板閥，所述抽真空組件分別與所述主真空艙組件和所述真空預(yù)抽室組件連接。

進(jìn)一步的，所述主真空艙組件包括：爐殼體、主真空室艙門(mén)、石英觀察窗、隔熱屏、爐芯和退火樣品臺(tái)，所述爐殼體為圓柱形結(jié)構(gòu)，爐殼體一端設(shè)置主真空室艙門(mén)，所述主真空室艙門(mén)用于密封爐殼體，所述爐殼體另一端與所述第一插板閥一端連接，所述爐殼體內(nèi)的中心部分為爐芯，爐芯為鉬板條加熱體圍成的圓柱形空心結(jié)構(gòu)，爐芯外側(cè)包裹多層隔熱屏，所述爐芯內(nèi)設(shè)置退火樣品臺(tái)。

進(jìn)一步的，所述真空預(yù)抽室組件包括：預(yù)抽室、預(yù)抽室艙門(mén)、低溫氣體噴嘴、預(yù)抽室樣品座和機(jī)械手，所述預(yù)抽室艙門(mén)設(shè)置于所述預(yù)抽室的側(cè)壁上，所述預(yù)抽室一端與所述第一插板閥另一端連接，所述預(yù)抽室另一端采用法蘭密封，法蘭中部設(shè)有通孔，所述機(jī)械手一端與通孔配合保證密封并穿過(guò)通孔置于預(yù)抽室內(nèi)部，所述預(yù)抽室內(nèi)設(shè)置預(yù)抽室樣品座，所述低溫氣體噴嘴一端設(shè)置于預(yù)抽室內(nèi)，另一端設(shè)置于預(yù)抽室外側(cè)，與低溫氣源密封連接。

進(jìn)一步的，所述抽真空組件包括：第一真空規(guī)、第二插板閥、分子泵、第一電磁閥、第二真空規(guī)、機(jī)械泵、波紋管和第二電磁閥，所述第二插板閥一端通過(guò)管路與所述爐殼體連接，所述第二插板閥與所述爐殼體連接的管路上設(shè)置第一真空規(guī)，所述第二插板閥另一端與分子泵一端連接，所述分子泵另一端與所述第一電磁閥一端連接；所述第二電磁閥一端與所述預(yù)抽室連接，所述第二電磁閥另一端通過(guò)波紋管及一三通閥分別連接所述機(jī)械泵和第一電磁閥另一端，所述三通閥上設(shè)置第二真空規(guī)。

進(jìn)一步的，所述第一真空規(guī)為高真空規(guī)。

進(jìn)一步的，所述第二真空規(guī)為低真空規(guī)。

本發(fā)明的有益效果在于，退火爐采用鉬板加熱方式并設(shè)計(jì)有主真空艙和真空預(yù)抽室，可實(shí)現(xiàn)金屬材料不高于1400℃不同退火時(shí)間的分批次取樣要求，此外，真空預(yù)抽室樣品座上方設(shè)計(jì)有低溫氣體噴嘴，金屬材料退火后移動(dòng)至預(yù)抽室后可從氣體噴嘴向樣品上噴射低溫氣體，加速退火樣品的冷卻，保質(zhì)金屬材料原始的退火組織結(jié)構(gòu)特征。

附圖說(shuō)明

圖1金屬材料高溫真空退火爐結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

如圖1所示，一種金屬材料高溫真空退火爐，所述金屬材料高溫真空退火爐包括：主真空艙組件1、真空預(yù)抽室組件2、抽真空組件3和第一插板閥4，所述主真空艙組件1與所述真空預(yù)抽室組件2之間設(shè)置所述第一插板閥4，所述抽真空組件3分別與所述主真空艙組件1和所述真空預(yù)抽室組2連接。

所述主真空艙組件1包括：爐殼體11、主真空室艙門(mén)12、石英觀察窗13、隔熱屏14、爐芯15和退火樣品臺(tái)16，所述爐殼體11為圓柱形結(jié)構(gòu)，一端設(shè)置主真空室艙門(mén)12，所述主真空室艙門(mén)12用于密封爐殼體11，所述爐殼體11另一端與所述第一插板閥4一端連接，所述爐殼體11內(nèi)的中心部分為爐芯15，爐芯15為鉬板條加熱體圍成的圓柱形空心結(jié)構(gòu)，爐芯15外側(cè)包裹多層隔熱屏14，所述爐芯15內(nèi)設(shè)置退火樣品臺(tái)16，所述爐殼體11設(shè)有夾層，并設(shè)有冷卻水入口與冷卻水出口，退火爐采用鉬板加熱方式，可實(shí)現(xiàn)金屬材料不高于1400℃的退火溫度。

所述真空預(yù)抽室組件2包括：預(yù)抽室21、預(yù)抽室艙門(mén)22、低溫氣體噴嘴23、預(yù)抽室樣品座24和機(jī)械手25，所述預(yù)抽室艙門(mén)22設(shè)置于所述預(yù)抽室21的側(cè)壁上，所述預(yù)抽室21一端與所述第一插板閥4另一端連接，所述預(yù)抽室21另一端采用法蘭密封，法蘭中部設(shè)有通孔，所述機(jī)械手25一端與通孔配合保證密封并穿過(guò)通孔置于預(yù)抽室21內(nèi)部，所述預(yù)抽室21內(nèi)設(shè)置預(yù)抽室樣品座24，所述低溫氣體噴嘴23一端設(shè)置于預(yù)抽室21內(nèi)，另一端設(shè)置于預(yù)抽室21外側(cè)，與低溫氣源密封連接。

所述抽真空組件3包括：第一真空規(guī)31、第二插板閥32、分子泵33、第一電磁閥34、第二真空規(guī)35、機(jī)械泵36、波紋管37和第二電磁閥38。所述第二插板閥32一端通過(guò)管路與所述爐殼體11連接，所述第二插板閥32所述爐殼體11連接的管路上設(shè)置第一真空規(guī)31，所述第二插板閥32另一端與分子泵33一端連接，所述分子泵33另一端與所述第一電磁閥34一端連接；所述第二電磁閥38一端與所述預(yù)抽室21連接，所述第二電磁閥38另一端通過(guò)波紋管37及一三通閥分別連接所述機(jī)械泵36和第一電磁閥34另一端，所述三通閥上設(shè)置第二真空規(guī)35，所述第一真空規(guī)31為高真空規(guī)，所述第二真空規(guī)35為低真空規(guī)，所述低溫氣體噴嘴23可向預(yù)抽室21內(nèi)的樣品座噴射低溫氣體，快速冷卻退火后的金屬材料樣品，保持其原始的退火態(tài)組織結(jié)構(gòu)特征。

主真空室為金屬材料高溫退火試驗(yàn)區(qū)，與分子泵組成的高真空系統(tǒng)連接，保證金屬材料退火過(guò)程中的真空度要求。真空預(yù)抽室為金屬材料退火后的冷卻區(qū)，與機(jī)械泵組成的低真空系統(tǒng)連接，保證金屬材料退火完成后主真空艙和真空預(yù)抽室之間插板閥的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)金屬材料退火樣品的分時(shí)間批次取樣。

金屬材料高溫真空爐的工作原理和工作過(guò)程如下：

①金屬材料退火樣品準(zhǔn)備完成后，打開(kāi)高溫真空退火爐一側(cè)的主真空艙門(mén)，將退火樣品放置于爐芯均熱區(qū)內(nèi)的樣品臺(tái)上，開(kāi)啟主真空艙高真空系統(tǒng)。

②待主真空艙達(dá)到退火要求的真空度后，啟動(dòng)鉬板加熱系統(tǒng)，主真空艙內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)退火溫度并穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟真空預(yù)抽室低真空系統(tǒng)。

③當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間批次退火樣品達(dá)到退火時(shí)間后打開(kāi)主真空艙和真空預(yù)抽室之間的第一插板閥，利用機(jī)械手將第一時(shí)間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動(dòng)至預(yù)抽室內(nèi)的樣品座上，快速關(guān)閉第一插板閥，同時(shí)利用預(yù)抽室內(nèi)的樣品座上方的低溫氣體噴嘴向樣品座噴入低溫氣體，快速冷卻退火后的樣品，以保留其原始的退火后組織結(jié)構(gòu)特征。

④以此類(lèi)推，直至最后時(shí)間批次的退火樣品完成退火并快速冷卻即可。

實(shí)施例1：將需要進(jìn)行1000℃,50小時(shí)、100小時(shí)、500小時(shí)、10000小時(shí)退火處理鑄態(tài)鈷基高溫合金錠切割出4個(gè)20×20×20mm方形試樣，磨掉表面切割劃痕并清洗干凈備用。打開(kāi)高溫真空退火爐左側(cè)的主真空艙門(mén)，將4個(gè)鈷基合金退火樣品依次放入主真空艙內(nèi)的樣品座上，關(guān)閉主真空艙門(mén)并啟動(dòng)主真空艙高真空系統(tǒng)。待主真空艙內(nèi)的真空度達(dá)到1×10^-3pa時(shí)，啟動(dòng)主真空艙鉬板加熱系統(tǒng)，并設(shè)定目標(biāo)退火溫度為1000℃。當(dāng)主真空艙內(nèi)的溫度達(dá)到1000℃并穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟真空預(yù)抽室低真空系統(tǒng)。退火時(shí)間到達(dá)50小時(shí)時(shí)，打開(kāi)主真空艙和真空預(yù)抽室之間的第一插板閥，同時(shí)利用機(jī)械手將第一時(shí)間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動(dòng)至預(yù)抽室內(nèi)的樣品座上，快速關(guān)閉第一插板閥，利用預(yù)抽室內(nèi)的樣品座上方的低溫氣體噴嘴向樣品座噴入低溫氣體，快速冷卻退火后的樣品。以此類(lèi)推，依次完成100小時(shí)、500小時(shí)、10000小時(shí)三次退火樣品的取樣和冷卻。

從實(shí)施例可以看出，高溫真空退火爐可完成金屬材料同一退火溫度不同時(shí)間批次下退火處理，并且能夠在金屬材料退火完成后實(shí)現(xiàn)樣品的快速冷卻，保持其原始的退火組織結(jié)構(gòu)特征。