一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法，包括：对棒状试样一端进行加热的加热装置、对试样另一端进行冷却的结晶器、对试样进行固定及用于测定试样温度梯度的抽拉装置。并采用该装置实现与棒状材料梯度热处理。本发明专利技术具有以下有益技术效果：(1)与传统热处理方法相比，本发明专利技术有效实现了对棒状材料的梯度热处理，一根试样中可得到在不同温度热处理后的组织，可快速高效地揭示固溶组织随固溶温度的变化规律；(2)本发明专利技术利用一对热电偶便可测出试样的温度分布，结构简单，便于操作，可连续测温。

A Gradient Heat Treatment Device and Method for Bar Material

The invention relates to a rod material gradient heat treatment device and a heat treatment method, including a heating device for heating one end of the rod sample, a crystallizer for cooling the other end of the sample, a fixing device for the sample and a pulling device for measuring the temperature gradient of the sample. The device is used to realize gradient heat treatment of rod-like materials. The invention has the following beneficial technical effects: (1) Compared with the traditional heat treatment method, the gradient heat treatment of rod-like material is effectively realized by the invention, and the structure of a sample after heat treatment at different temperatures can be obtained, which can quickly and efficiently reveal the law of the solid solution structure changing with the solution temperature; (2) The temperature distribution of the sample can be measured by a pair of thermocouples, and the structure is simple. Single, easy to operate, continuous temperature measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法
本专利技术属于热处理
，涉及一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法。
技术介绍
热处理是对固体材料进行加热、保温、冷却的一种热加工工艺。通过合适的热处理工艺可以均匀化合金成分、改善组织形貌、获得稳定相，进而提高合金力学性能。传统的热处理工艺的研究方法是试错法，只能通过大量的实验总结规律，再优化热处理工艺，耗时耗力，效率低下。目前，材料的研究方法已经逐渐从传统的试错法向基因工程方法转变，基因工程方法的一个显著特点是高通量的制备及分析。梯度热处理是一种高通量的研究方法，通过一根试样可以得到不同温度热处理后的组织，可达到快速优选材料热处理工艺的目的。目前，梯度热处理研究中的测温方式主要为红外测温和热电偶测温。红外测温为非接触式测温，对试样内部的温度梯度的测量误差较大；热电偶测温方法主要是将多对热电偶沿试样轴向排列进行测温，结构复杂，测温点离散分布，连续性较差。因此，有必要提供一种结构简单、便于操作、可连续测温的棒状材料梯度热处理装置及其使用方法。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法，提高优化热处理工艺的实验研究效率，弥补现有技术的不足，提供一种结构简单、便于操作、可连续测温的棒状材料梯度热处理装置及其使用方法。技术方案一种棒状材料梯度热处理装置，其特征在于包括加热装置1、结晶器2、冷却水通道21、冷却剂22、冷却水进口23、冷却水出口24、抽拉装置和屏蔽层4；加热装置1位于结晶器2上端，两者之间设有屏蔽层4；抽拉装置位于结晶器2的中心，抽拉装置四周的空腔设有冷却剂22；空腔外围设有双层空腔21、冷却水进口23和冷却水出口24，双层空腔21内设有循环水；所述抽拉装置包括抽拉杆、钼托和坩埚；钼托的上端为凸形结构，镶嵌在坩埚底部，钼托下端的凹凸结构与抽拉杆的凸凹结构相吻合，形成镶嵌结构。当测温时，抽拉装置为测温用抽拉杆时，热电偶32由测温用抽拉杆31的底部穿过测温用钼托33中心的通孔，置于坩埚6中，钼托下端的凹凸结构为中心凹，抽拉杆的中心为凸，两者形成镶嵌结构。所述加热装置为电阻加热。所述冷却剂22采用Ga-In-Sn液态金属冷却剂。所述热电偶32为C型钨-铼热电偶，外有钼保护管，直径与测温用钼托33中的通孔相吻合。所述坩埚材料为氧化钇。一种所述棒状材料梯度热处理装置进行热处理的方法，其特征在于步骤如下：一、测定炉中竖直材料试样的温度分布：步骤1a：将待热处理合金制备测温用棒状，装在测温用抽拉杆的坩埚内，热电偶伸进测温用棒状下端的空心孔中；通过控制测温用钼托长度使热偶顶端刚好处在空心孔最上端，测温用棒状金属外面利用坩埚进行固定和保护；步骤2a：测温用抽拉杆的抽拉位置使得上端加热，下端5mm在结晶器中冷却，通过控制电源功率达到设定加热温度；所述加热温度为室温至2000℃；步骤3a：温度稳定后，以10μm/s的速度向下抽拉一段距离，记录温度随抽拉距离的变化情况，测得棒状金属在此加热温度下在此段抽拉距离的温度分布；在其它加热温度下，重复步骤2a～步骤3a，得到其它加热温度下的温度分布情况，根据该材料在不同温度下的温度分布，确定该材料的处理温度；二、进行梯度热处理：步骤1b：制备与测温棒状材料一致的热处理棒状材料，中部为实心结构；步骤2b：将步骤1b的棒状材料装在测温用抽拉杆的坩埚内，装在热处理用抽拉装置的坩埚内，移动抽拉杆，使热处理用试样下端5mm在结晶器中冷却；步骤3b：通过控制电源功率达到该材料的处理温度，保温一定时间，棒状材料随炉冷却后，取出热处理完成；所述保温时间小于50h；所述加热、保温和降温过程均由真空或高纯氩气进行保护，极限真空度可达6.6×10-5Pa。有益效果本专利技术提出的一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法，包括：对棒状试样一端进行加热的加热装置、对试样另一端进行冷却的结晶器、对试样进行固定及用于测定试样温度梯度的抽拉装置。并采用该装置实现与棒状材料梯度热处理。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：(1)与传统热处理方法相比，本专利技术有效实现了对棒状材料的梯度热处理，一根试样中可得到在不同温度热处理后的组织，可快速高效地揭示固溶组织随固溶温度的变化规律；(2)本专利技术利用一对热电偶便可测出试样的温度分布，结构简单，便于操作，可连续测温。附图说明图1为本专利技术梯度热处理前的测温装置示意图图2为本专利技术测温用抽拉装置示意图图3为本专利技术梯度热处理装置示意图图4为本专利技术热处理用抽拉装置示意图图5为Nb-Ti-Si基超高温合金试样不同加热温度下的温度分布图图6为Nb-Ti-Si基超高温合金梯度热处理50h后的BSE形貌附图标记说明：1-加热装置；2-结晶器；21-循环水；22-Ga-In-Sn液态金属冷却剂；23-冷却水进口；24-冷却水出口；3-测温用抽拉装置；31-测温用抽拉杆；32-热电偶；33-测温用钼托；4-屏蔽层；5-测温用试样；6-坩埚；7-热处理用抽拉装置；71-热处理用抽拉杆；72-热处理用钼托；8-热处理用试样。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本实施例的棒状材料梯度热处理装置，包括加热装置1、结晶器2、冷却水通道21、冷却剂22、冷却水进口23、冷却水出口24、抽拉装置和屏蔽层4；加热装置1为电阻加热，位于结晶器2上端，两者之间设有屏蔽层4将二者隔离，屏蔽层可有效降低热辐射对结晶器冷却效果的影响。抽拉装置位于结晶器2的中心，抽拉装置四周的空腔设有Ga-In-Sn液态金属冷却剂22，其优点为：导热快，冷却效果好，试样温度梯度大。空腔外围设有双层空腔21、冷却水进口23和冷却水出口24，双层空腔21内设有循环水；所述抽拉装置包括抽拉杆、钼托和坩埚；钼托的上端为凸形结构，镶嵌在坩埚底部，钼托下端的凹凸结构与抽拉杆的凸凹结构相吻合，形成镶嵌结构。钼托的作用是防止抽拉杆顶端温度过高而受热变形，坩埚的作用是固定和保护试样。所述抽拉装置分为热处理用抽拉装置和测温用抽拉装置：所述热处理用抽拉装置包括热处理用抽拉杆和热处理用钼托。热处理用抽拉杆为圆棒状，上端在结晶器中冷却，所述热处理用抽拉杆可上下移动。热处理用钼托下端与热处理用抽拉杆结合固定，上端有一环形凸台，所述热处理用钼托通过环形凸台与坩埚结合固定。所述测温用抽拉装置包括测温用抽拉杆和测温用钼托。测温用抽拉杆为带有热电偶的一体式装置，所述热电偶嵌套在抽拉杆中，由抽拉杆上端伸出并在底端引出补偿导线；所述热电偶为C型钨-铼热电偶，外有钼保护管，直径4mm。测温用钼托为圆筒形，内径4mm；所述测温用钼托套装在测温用抽拉杆的热电偶上，下端与测温用抽拉杆结合固定，上端有一环形凸台，所述测温用钼托通过环形凸台与坩埚结合固定。测温用钼托为圆筒形，套装在热电偶上。测温用试样长度为热处理用试样的两倍，上半段为实心，在测温过程中起传热作用，下半段为中空，热电偶伸进中空试样测温，通过控制测温用钼托的长度来控制热电偶伸进试样的长度，使热电偶顶端恰好处在试样空心部分最顶端。测温时，试样上端加热，下端5mm在结晶器中冷却，加热温度稳定后，测温用抽拉杆以10μm/s的速度(忽略抽拉速度对试样温度梯度造成的影响)向下抽拉一段距离(小于热处理用试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棒状材料梯度热处理装置，其特征在于包括加热装置(1)、结晶器(2)、冷却水通道(21)、冷却剂(22)、冷却水进口(23)、冷却水出口(24)、抽拉装置和屏蔽层(4)；加热装置(1)位于结晶器(2)上端，两者之间设有屏蔽层(4)；抽拉装置位于结晶器(2)的中心，抽拉装置四周的空腔设有冷却剂(22)；空腔外围设有双层空腔(21)、冷却水进口(23)和冷却水出口(24)，双层空腔(21)内设有循环水；所述抽拉装置包括抽拉杆、钼托和坩埚；钼托的上端为凸形结构，镶嵌在坩埚底部，钼托下端的凹凸结构与抽拉杆的凸凹结构相吻合，形成镶嵌结构。

【技术特征摘要】
1.一种棒状材料梯度热处理装置，其特征在于包括加热装置(1)、结晶器(2)、冷却水通道(21)、冷却剂(22)、冷却水进口(23)、冷却水出口(24)、抽拉装置和屏蔽层(4)；加热装置(1)位于结晶器(2)上端，两者之间设有屏蔽层(4)；抽拉装置位于结晶器(2)的中心，抽拉装置四周的空腔设有冷却剂(22)；空腔外围设有双层空腔(21)、冷却水进口(23)和冷却水出口(24)，双层空腔(21)内设有循环水；所述抽拉装置包括抽拉杆、钼托和坩埚；钼托的上端为凸形结构，镶嵌在坩埚底部，钼托下端的凹凸结构与抽拉杆的凸凹结构相吻合，形成镶嵌结构。2.根据权利要求1所述棒状材料梯度热处理装置，其特征在于：当测温时，抽拉装置为测温用抽拉杆时，热电偶(32)由测温用抽拉杆(31)的底部穿过测温用钼托(33)中心的通孔，置于坩埚(6)中，钼托下端的凹凸结构为中心凹，抽拉杆的中心为凸，两者形成镶嵌结构。3.根据权利要求1所述棒状材料梯度热处理装置，其特征在于：所述加热装置为电阻加热。4.根据权利要求1所述棒状材料梯度热处理装置，其特征在于：所述冷却剂(22)采用Ga-In-Sn液态金属冷却剂。5.根据权利要求2所述棒状材料梯度热处理装置，其特征在于：所述热电偶(32)为C型钨-铼热电偶，外有钼保护管，直径与测温用钼托(33)中的通孔相吻合。6.根据权利要求1所述棒状材料梯度热处理装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭喜平，孔祥程，方欣，乔彦强，苏亮，陈忠政，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61