基于加热气体精确控温的梯度热处理炉及热处理方法技术

本申请涉及一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉及热处理方法，属于金属材料热处理技术领域，梯度热处理炉包括：上炉体、下炉体、热风循环组件、隔热组件、气冷组件；所述上炉体的上腔体内设置有热风加热组件；下炉体的下腔体内设置有用于对轮缘进行加热的环状电热组件；隔热组件将盘形工件的轮缘部分和轮毂部分隔离；热风循环组件将热风加热组件加热后的空气输出至盘形工件的轮毂部分的上下表面进行加热；气冷组件将冷却空气送入轮毂加热区域对轮毂部分的加热温度进行调节；下炉体内设置有多个热电偶。本申请提供的梯度热处理炉具有梯度界面和温度控制精度高、升温速度快、温度均匀性强的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于加热气体精确控温的梯度热处理炉及热处理方法
本申请涉及金属材料热处理
，尤其涉及一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉及热处理方法。
技术介绍
高温合金涡轮盘件服役过程中其轮毂部位和轮缘部位因承受温度冲击和应力载荷差异，故要求具有不同尺寸的晶粒组织。轮毂部位因承受高应力和低温度，要求具有较为细小的晶粒尺寸（轮毂晶粒度10~11级），以保证高的屈服强度、抗拉强度，低循环疲劳性能；而轮缘部位承受低应力和高温度，要求具有粗大的晶粒尺寸（轮缘晶粒度5~6）级，以保证高持久性能、高蠕变强度、高损伤容限能力，从而获得最优的力学性能。上述组织性能要求对涡轮盘件进行梯度热处理，梯度热处理炉与传统热处理炉获得均匀的温度场相悖，需要对盘形工件不同部位实施不同的热处理过程，同时需要对轮缘部位和轮毂部位梯度热处理的过渡界面进行精确控制。相关技术中，盘形工件梯度热处理装置通过在上炉体和下炉体上分别设置一个冷却箱填充导热盐进行冷却，炉壁设置电阻带实现加热，其只能进行大温度梯度的热处理。针对上述中的相关技术，专利技术人认为其只能对盘形工件进行大温度梯度的热处理，无法兼顾小温度梯度热处理的工艺需求，对于一些盘形件来说，大温度梯度易导致盘形件应力集中，发生断裂。
技术实现思路
为了解决相关技术中梯度热处理过程温度梯度大的问题，本申请提供一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉及热处理方法。第一方面，本申请提供一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉采用如下的技术方案：一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉，包括：上炉体、下炉体、热风循环组件以及气冷组件；所述上炉体内形成有上腔体，所述上腔体内设置有用于对空气进行加热的热风加热组件；所述下炉体内形成有下腔体，所述下腔体内设置有用于对盘形工件的轮缘部分进行加热的环状电热组件；所述下腔体内还设置有隔热组件，所述隔热组件用于隔离盘形工件的轮缘部分和轮毂部分；所述热风循环组件能够将热风加热组件加热后的空气输出至盘形工件的轮毂部分的上下表面进行加热；所述气冷组件用于将冷却空气送入轮毂加热区域对轮毂部分的加热温度进行调节；所述下炉体内插入设置有多个热电偶，所述热电偶用于测量盘形工件的轮缘部分和轮毂部分的温度。通过采用上述技术方案，能够根据盘形工件的工艺需求，对盘形工件进行不同温度梯度的热处理，盘形工件的升温速度快，温度均匀，温度控制精度高。可选的，所述热风循环组件包括设置于上炉体内并位于上腔体上部的压风室，所述压风室内设置有高温循环风机，所述高温循环风机的进风口连接有吸风筒，所述吸风筒贯穿上腔体并与轮毂加热区域连通；所述压风室底壁设置有多个与上腔体连通的出风管，所述上腔体下端设置有多个与上腔体连通的上喷风管，所述压风室内的空气经出风管、上腔体和上喷风管喷射至盘形工件轮毂部分的上表面；所述压风室侧壁连接有循环风管，所述循环风管沿着气流方向的末端连接有下喷风管，所述压风室内的空气经循环风管和下喷风管喷射至盘形工件轮毂部分的下表面。通过采用上述技术方案，能够对轮毂部分的上下表面同时进行加热，提高升温速度的一致性和温度的均匀性。可选的，所述上喷风管和所述下喷风管相对于盘形工件表面以吸风筒的轴线为轴沿着径向和周向均匀布设。通过采用上述技术方案，能够提高盘形工件轮毂部分的温度均匀性。可选的，所述循环风管包括位于上炉体内并与压风室侧壁连接的上管体以及设置于下炉体内的下管体，所述上管体和下管体连通。可选的，所述隔热组件包括上隔热筒和下隔热筒；所述上隔热筒位于盘形工件与上炉体之间并套设于上喷风管外部；所述下隔热筒位于盘形工件与下炉体的底部内表面之间。通过采用上述技术方案，能够将盘形工件的轮缘部分和轮毂部分隔离以便于实现轮缘部分和轮毂部分的梯度热处理。可选的，所述热风加热组件包括多个沿着上腔体的侧壁周向均布设置的铁铬铝加热带；所述环状电热组件包括多个沿着下腔体的侧壁周向均布设置的铁铬铝加热带。第二方面，本申请还提供一种应用前述梯度热处理炉的梯度热处理方法，采用如下的技术方案：一种梯度热处理方法，包括：步骤S1：步骤S1，装炉：分离上炉体和下炉体，将盘形工件放置于下炉体内，将上炉体盖合于下炉体上；步骤S2，梯度热处理：启动环状电热组件对盘形工件的轮缘部分进行加热，同时启动热风循环组件和热风加热组件对盘形工件的轮毂部分进行加热，盘形工件的轮缘部分和轮毂部分同时升温至设定温度；启动气冷组件，保持盘形工件的轮缘部分温度恒定，环状电热组件对盘形工件的轮缘部分持续升温至目标温度并保持温度达到热处理时间；步骤S3，出炉：当盘形工件自然冷却至室温后，分离上炉体和下炉体并将盘形工件取出。可选的，在步骤S2中，环状电热组件对盘形工件的轮缘部分进行加热时，在轮缘部分向内过渡的方向，温度偏差不超过10℃。可选的，所述盘形工件的轮缘部分和轮毂部分同时升温的时间为3-6h。可选的，在加热过程中，所述盘形工件的上表面和下表面的温度差为±20℃。综上所述，本申请至少具有以下一种有益效果：1.本申请提供的梯度热处理炉，能够兼顾盘形工件大温度梯度和小温度梯度的热处理需求，适用性强；2.盘形工件的升温速度快，上下表面的温度一致性强，更加均匀，温度控制精度高；3.梯度热处理界面的控制精度高。附图说明图1是本申请梯度热处理炉的三维结构示意图；图2是本申请梯度热处理炉的剖面结构示意图；图3是图2中A部分的局部放大图。附图标记说明：1、上炉体；11、上腔体；2、下炉体；21、下腔体；3、支撑平台；4、热风加热组件；5、环状电热组件；61、压风室；62、高温循环风机；63、吸风筒；64、出风管；65、支撑板；66、上喷风管；67、循环风管；671、上管体；672、下管体；68、出风室；69、下喷风管；71、上隔热筒；72、下隔热筒；8、气冷组件；81、冷却风机；82、冷却风管；83、调节阀；9、盘形工件；100、热电偶。具体实施方式以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。参照图1和图2，本申请实施例公开一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉，包括圆柱形的上炉体1和下炉体2。其中，下炉体2由支撑平台3进行支撑，上炉体1与下炉体2分体设置，在盘形工件9装炉与出炉过程中，上炉体1可通过起重设备吊起与下炉体2分离或盖合于下炉体2上。参照图2，上炉体1内部形成有上腔体11，上腔体11内呈环形设置有热风加热组件4，热风加热组件4用于对空气进行加热从而便于进一步利用加热后的空气对盘形工件9的轮毂部分加热。热风加热组件4包括多条沿着上腔体11侧壁周向均布设置的铁铬铝加热带，在铁铬铝加热带通电的情况下，当空气流过铁铬铝加热带时吸收热量升温。下炉体2内部形成有下腔体21，下腔体21内设置有环状电热组件5，环状电热组件5包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉，其特征在于，包括： 上炉体（1）、下炉体（2）、热风循环组件以及气冷组件（8）；/n所述上炉体（1）内形成有上腔体（11），所述上腔体（11）内设置有用于对空气进行加热的热风加热组件（4）；/n所述下炉体（2）内形成有下腔体（21），所述下腔体（21）内设置有用于对盘形工件（9）的轮缘部分进行加热的环状电热组件（5）；/n所述下腔体（21）内还设置有隔热组件，所述隔热组件用于隔离盘形工件（9）的轮缘部分和轮毂部分；/n所述热风循环组件能够将热风加热组件（4）加热后的空气输出至盘形工件（9）的轮毂部分的上下表面进行加热；/n所述气冷组件（8）用于将冷却空气送入轮毂加热区域对轮毂部分的加热温度进行调节；/n所述下炉体（2）内插入设置有多个热电偶（100），所述热电偶（100）用于测量盘形工件（9）的轮缘部分和轮毂部分的温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于加热气体精确控温的梯度热处理炉，其特征在于，包括：上炉体（1）、下炉体（2）、热风循环组件以及气冷组件（8）；
所述上炉体（1）内形成有上腔体（11），所述上腔体（11）内设置有用于对空气进行加热的热风加热组件（4）；
所述下炉体（2）内形成有下腔体（21），所述下腔体（21）内设置有用于对盘形工件（9）的轮缘部分进行加热的环状电热组件（5）；
所述下腔体（21）内还设置有隔热组件，所述隔热组件用于隔离盘形工件（9）的轮缘部分和轮毂部分；
所述热风循环组件能够将热风加热组件（4）加热后的空气输出至盘形工件（9）的轮毂部分的上下表面进行加热；
所述气冷组件（8）用于将冷却空气送入轮毂加热区域对轮毂部分的加热温度进行调节；
所述下炉体（2）内插入设置有多个热电偶（100），所述热电偶（100）用于测量盘形工件（9）的轮缘部分和轮毂部分的温度。


2.根据权利要求1所述的梯度热处理炉，其特征在于，所述热风循环组件包括设置于上炉体（1）内并位于上腔体（11）上部的压风室（61），所述压风室（61）内设置有高温循环风机（62），所述高温循环风机（62）的进风口连接有吸风筒（63），所述吸风筒（63）贯穿上腔体（11）并与轮毂加热区域连通；
所述压风室（61）底壁设置有多个与上腔体（11）连通的出风管（64），所述上腔体（11）下端设置有多个与上腔体（11）连通的上喷风管（66），所述压风室（61）内的空气经出风管（64）、上腔体（11）和上喷风管（66）喷射至盘形工件（9）轮毂部分的上表面；
所述压风室（61）侧壁连接有循环风管（67），所述循环风管（67）沿着气流方向的末端连接有下喷风管（69），所述压风室（61）内的空气经循环风管（67）和下喷风管（69）喷射至盘形工件（9）轮毂部分的下表面。


3.根据权利要求2所述的梯度热处理炉，其特征在于，所述上喷风管（66）和所述下喷风管（69）相对于盘形工件（9）的表面以吸风筒（63）的轴线为轴沿着径向和周向均匀布设。


4.根据权利要求2所述的梯度热处理炉，其特征在于，所述循环风管（67）包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王民庆，刘国怀，杜金辉，王昭东，
申请(专利权)人：北京钢研高纳科技股份有限公司，钢铁研究总院，东北大学，
类型：发明
国别省市：北京;11