一种高温紧邻金属热处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于金属热处理相关技术领域，并公开了一种高温紧邻金属热处理装置及方法。该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。在热处理过程中，原子扩散、相转变、晶粒长大等过程都符合热激活过程，通过本发明专利技术可以提供更快的反应动力学，实现热处理时间的指数级缩短，提供一种速度快、能耗低且能精准控制得到所需金属材料性能的热处理方法，而且该方法适用性广、批量处理效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种高温紧邻金属热处理装置及方法
本专利技术属于金属热处理相关
，更具体地，涉及一种高温紧邻金属热处理装置及方法。
技术介绍
热处理是将金属材料以一定速率加热到目标温度，保温一定时间，在介质中以一定速率降温到常温或更低，从而达到调控材料微观组织结构及性能的过程，大多用于金属材料特别是钢材的处理，包含正火、退火、淬火、回火和表面硬化等，也包含有色金属(比如Al合金、Mg合金、Ti合金)等材料的热处理及时效处理等。热处理是金属结构件开发应用过程中至关重要的一环，通过合理巧妙的设计热处理制度可以调节材料的微观组织结构，从而获得优异的性能，不仅能满足各种特殊应用，而且安全性和使用寿命得到很好的保证。热处理的核心控制因素有：升温方式及速度，保温时间，降温方式及速度，以及热处理制度方式和次数等。比如，45号钢一般需要进行调质处理，即为淬火及回火的热处理过程，其中(1)淬火：将45号钢以约10℃/min升温到800℃保温1-2小时，然后在水中淬火以实现超快速降温淬火处理；(2)回火：淬火后，将45号钢以约10℃/min升温到500℃，保温20分钟至2小时，然后随炉冷却至室温，即完成回火过程。经过调质处理的45号钢，性能得到了极大的提升，拥有优良的力学强度及韧性。传统的金属热处理一般是在电阻炉中进行，通过加热炉体实现对金属材料的热处理过程。电阻炉通常有较慢的升降温速率(一般5-10℃/min)、高温的限制(一般<1200℃)以及能耗大(>100kW)等缺点，使得金属热处理一般以较慢的方式进行，普遍花费几个小时甚至几天，不仅花费巨大的时间和能耗成本，而且热处理的可调控范围及方式也有限，从而阻碍了金属材料性能的进一步提升。高频感应加热、激光加热和电流加热是新兴的快速加热技术，它们都具有能量集中，加热速度快等优点。但是高频感应加热和电流加热对待处理材料本身性质及形状是有要求的，且都需要特殊的夹具，激光加热耗能大，不适合广泛应用。这几种技术对单工件可实现快速加热处理，但是都不具备批量处理能力。公开号为CN112094995A的专利技术专利通过直接对金属材料通电的方法对金属材料进行加热，但是金属材料优异的导电性通常导致加热效果非常不理想且耗电量巨大，需要高真空进行保护，设备安全性和易操作性是极大的挑战。其次，金属件必须制备成为专门的形状以确保与正负极接触并有好的加热效果，而接触处热处理效果欠佳。再次，因为高真空下直接通电加热，故一次只能对一个样品处理，无法实现批量化处理。因此，寻找一种能快速加热、适用性广、批量处理效果好的新型金属热处理技术成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高温紧邻金属热处理装置及方法，利用紧邻热辐射加热对金属材料进行高温快速热处理，提供一种速度快、能耗低且能精准控制得到所需金属材料性能的热处理方法，而且该方法适用性广、批量处理效果好。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种高温紧邻金属热处理装置，该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。进一步优选地，所述上下两块极板距离工件之间的距离小于等于10mm,并且可以根据待处理工件高度进行调节，如有必要可在工件四周设置更多极板进行均匀加热。进一步优选地，所述待处理工件的材料为单种金属、合金或金属基复合材料。进一步优选地，所采用的焦耳热材料的升温速率范围为103～105℃/s，降温速率范围为10℃/s～104℃/s；其中，降温也可采用主动降温方式，如将工件置于流通空气、液氮、冷却液等媒介或者导热传热装置等以增加降温速率。进一步优选地，所述焦耳热材料为碳及碳复合材料或导电陶瓷、导电金属。进一步优选地，所述热处理装置中可以一次放置一个或者多个待处理工件，以此实现对一个或多个零件的热处理。进一步优选地，所述上下极板快速升温的温度范围为300℃～3000℃之间。一种利用上述所述的热处理装置进行热处理的方法，该方法包括下列步骤：S1将待处理工件放置在所述热处理装置的上下两块极板之间；S2在所述上下两块极板之间通入电流，以此使得所述上下两块极板快速升温，通过热传导将热量传递给待处理工件，实现待处理工件的快速升温；S3断电，使得所述上下两块极板快速降温，同时待处理工件也快速降温，以此实现待处理工件的热处理过程。进一步优选地，多次重复步骤S1-S3，以此实现热处理过程，提高热处理效果。进一步优选地，所述通入的电流为直流电或交流电，所述热处理的氛围为惰性气氛或空气。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：1.本专利技术通过实现秒级(103～105℃/s)快速升温，可升至3000℃的高温，从升降温过程和金属工件处理时间两方面缩短了处理时间；实现快速、精确、大范围可调的辐射热处理技术，同时最大温度大于等于3000℃，突破现在小范围热处理的局限性，实现材料性能更大范围调控和优化，在热处理过程中，原子扩散、相转变、晶粒长大等过程都符合热激活过程，故可以通过高温提供更快的反应动力学，实现热处理时间的指数级缩短；2.本专利技术中通过采用焦耳材料的极板，对极板进行加热，通过将待处理工件设置在极板之间，实现紧邻焦耳材料的热传导过程，实现全部或局部热处理，避免直接加热金属材料对金属材料本身带来的损坏，通过精细化的可控热处理过程，实现工件不同区域不同位置的性能差异化处理，以适配不同使用环境；3.本专利技术中通过高通量或连续在线热处理，因为加热时间短且工件不需固定，实现在工件制造的同时直接进行在线热处理，避免专门热处理设备及过程设计，从而进一步大幅削减时间成本和能耗，推动节能制造过程；另外，由于处理速度快，更有利于进行高通量的批量化数据获取及研究，实现快速参数探索及数据驱动的智能寻优，从而大大加速热处理工艺的优化及智能化删选过程，在快速节能热处理的同时得到性能优异的材料并精细调控所需性能；对待处理工件没有特殊要求，只要能放入传送带就能实现快速热处理，能实现工件的批量快速热处理。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的高温紧邻金属热处理装置热处理多个工件的示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的高温紧邻金属热处理装置的结构示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的快速升温热处理与传统热处理过程中能耗和时间对比示意图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的温度和反应速率的关系图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的高温紧邻金属热处理方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，该装置包括相对设置的上下两块极板，其中，上下两块极板结构的材料均为焦耳热材料，待处理工件放置在上下两块极板之间，在上下两块极板中通入电流后，该上下极板快速升温，并将温度传递给所述热处理零件，断开电流后，该上下极板快速降温，使得待处理工件中温度下降，以此实现待处理工件的热处理。


2.如权利要求1所述的一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，所述上下两块极板与待处理工件之间的距离小于等于10mm。


3.如权利要求1或2所述的一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，所述待处理工件的材料为单种金属、合金或金属基复合材料。


4.如权利要求1所述的一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，所采用的焦耳热材料的升温速率范围为103℃/s～105℃/s，降温速率范围为10℃/s～104℃/s。


5.如权利要求4所述的一种高温紧邻金属热处理装置，其特征在于，所采用的焦耳热材料为碳及碳复合材料、导电陶瓷或导电金属。


6.如权利要求4或5所述的一种高温紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚永刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42