变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置及其方法，该装置包括旋转风冷平台、变截面辐射吸热块和两台可调节风量式风机。该方法包括以下步骤：根据需要固溶冷却的变截面镍基高温合金轴类件的形状和尺寸，选定与其匹配的变截面辐射吸热块、两台风机的放置位置、两台风机的转速；将轴类件放入热处理炉中进行固溶处理，固溶处理结束后，将轴类件取出并转移至固溶冷却装置上，对其进行冷却处理；将轴类件放入热处理炉中进行时效处理。本发明专利技术能够实现根据轴类件轴部与轴颈部的复杂结构有针对性的制定固溶冷却方案，可有效提高轴类件各个部位的组织均匀性和力学性能均匀性，降低残余应力，满足先进发动机对轴类件的冶金质量要求。的冶金质量要求。的冶金质量要求。

【技术实现步骤摘要】
变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置及其方法


[0001]本专利技术属于高温合金热处理
，具体涉及一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置及其方法。

技术介绍

[0002]涡轮轴类件是发动机上常见的一种用于保障发动机安全稳定运行的重要传动零件，其质量直接影响发动机的性能。目前先进发动机上的轴类件通常采用镍基高温合金制备而成，其组织和性能主要取决于热处理工艺。
[0003]镍基高温合金的热处理工艺主要由固溶处理和时效处理组成。γ
′
(Ni3Al)相是镍基高温合金最重要的强化相，固溶处理使合金中的γ
′
相全部或部分回溶至基体中，然后在固溶冷却过程中重新析出。固溶冷却的方式和过程决定了这些析出γ
′
相的形态、数量、尺寸和分布等，后续在时效处理过程中还会补充析出少量的γ
′
相，共同决定了镍基高温合金的最终力学性能。
[0004]镍基高温合金的固溶冷却方式通常有油淬、风冷和空冷等，冷却效果各不相同。其中油淬冷却的能力最强，力学性能能够达到指标要求，但是油淬会导致更大的残余应力和淬裂风险；空冷的冷却能力最弱，力学性能达不到指标要求，且冷却时间较长；风冷的冷却能力介于油淬和空冷之间，能够在确保轴类件淬火完整性的情况下实现比较理想的综合性能。
[0005]镍基高温合金轴类件由轴和轴颈两部分组成，具有变截面、结构复杂、薄壁易变形的特性。在采用常规油淬方式对镍基高温合金轴类件进行固溶冷却时，由于其结构和形状的特殊性导致轴类件各部位的冷速不均匀，进而导致轴类件的组织不均匀，且轴部与轴颈部极易因冷速过大导致应力过大而开裂，造成制件报废。因此，急需设计一种适用于变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置及其固溶冷却方法。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，包括旋转风冷平台、水平风机和倾斜风机；所述旋转风冷平台的中心位置垂直设置吸热块承载支柱，所述旋转风冷平台靠近边缘的位置沿周向垂直设置轴类件承载支柱，所述吸热块承载支柱和所述轴类件承载支柱的高度相同；所述吸热块承载支柱的上方安装变截面辐射吸热块。
[0007]所述轴类件承载支柱的上方放置变截面镍基高温合金轴类件，所述变截面镍基高温合金轴类件包括轴部和轴颈部，所述变截面辐射吸热块包括竖直面和倾斜面。
[0008]优选的是，所述水平风机为可调节风量式风机，其沿着水平方向放置；所述倾斜风机为可调节风量式风机，其倾斜角度为﹣90
°
～90
°
。
[0009]在上述任一方案中优选的是，所述吸热块承载支柱为一根；所述轴类件承载支柱至少为三根。
[0010]本专利技术的变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，结构简单，操作便捷，冷却效率高，适用于镍基高温合金轴类件的风冷处理，尤其适用于空心轴类件的风冷处理。
[0011]本专利技术还提供一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却方法，使用了上述任一种所述的变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，包括以下步骤：
[0012]步骤一：根据需要固溶冷却的变截面镍基高温合金轴类件的形状和尺寸，选定与其匹配的变截面辐射吸热块；将变截面辐射吸热块安装在固溶冷却装置的吸热块承载支柱上；调整固溶冷却装置，使其处于水平位置；
[0013]步骤二：根据需要固溶冷却的变截面镍基高温合金轴类件的形状和尺寸，选定与其匹配的水平风机和倾斜风机的放置位置，以及与其匹配的水平风机和倾斜风机的转速；
[0014]步骤三：将变截面镍基高温合金轴类件放入热处理炉中进行固溶处理，直至变截面镍基高温合金轴类件的强化相γ
′
相部分或全部溶解；
[0015]步骤四：固溶处理结束后，将变截面镍基高温合金轴类件从热处理炉中取出，并在一定时间内将其转移至固溶冷却装置的轴类件承载支柱上；
[0016]步骤五：开启旋转风冷平台、水平风机和倾斜风机，对变截面镍基高温合金轴类件进行冷却处理，直至冷却到设定温度；
[0017]步骤六：冷却处理结束后，将变截面镍基高温合金轴类件放入热处理炉中进行时效处理。
[0018]本专利技术通过采用变截面辐射吸热块，并设置两台可调节风量式风机，可针对不同型号镍基高温合金轴类件的形状、尺寸调整各部位的冷却速度，从而控制强化相γ
′
相的析出规律，解决了变截面镍基高温合金轴类件因复杂结构导致的组织不均匀和残余应力过大的问题，从而获得综合性能更优异的变截面镍基高温合金轴类件。
[0019]优选的是，步骤一中，所述变截面辐射吸热块的外壁形状与所述变截面镍基高温合金轴类件的内壁形状相匹配，且二者之间具有一定的距离。变截面辐射吸热块的材质为镍合金材料，其水平高度不低于变截面镍基高温合金轴类件的水平高度，其外径小于变截面镍基高温合金轴类件的内径。变截面辐射吸热块能够吸收轴类件内壁散发的热量，使轴类件内外壁的降温速率达到一致，进而使轴类件的整体组织更均匀、力学性能更均匀。
[0020]在上述任一方案中优选的是，所述变截面辐射吸热块的竖直面与所述变截面镍基高温合金轴类件的轴部内壁之间具有一定的距离；所述变截面辐射吸热块的倾斜面与所述变截面镍基高温合金轴类件的轴颈部内壁之间具有一定的距离。
[0021]轴部壁厚为A，轴颈部壁厚为B，轴部内壁与竖直面之间的距离为L，轴颈部内壁与倾斜面之间的距离为H。
[0022]当20mm≤A≤40mm时，50mm－A≤L≤55mm－A；
[0023]当A＞40mm时，10mm≤L≤20mm；
[0024]当20mm≤B≤40mm时，50mm－B≤H≤55mm－B；
[0025]当B＞40mm时，10mm≤H≤20mm。
[0026]在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述倾斜风机的倾斜角度为20
°
～80
°
或﹣80
°
～﹣20
°
；所述水平风机和所述倾斜风机的转速调节范围均为20％～100％。
[0027]水平风机和倾斜风机均为可调节风量式风机，其最大转速不小于500r/min，最大流量不小于25000m3/h。水平风机沿着水平方向放置，用于冷却变截面镍基高温合金轴类件
的轴部外壁；倾斜风机沿着倾斜角度的方向放置，用于冷却变截面镍基高温合金轴类件的轴颈部内壁。倾斜风机的倾斜角度可调节，若变截面镍基高温合金轴类件的轴部在轴颈部之上，则倾斜角度为20
°
～80
°
；若变截面镍基高温合金轴类件的轴部在轴颈部之下，则倾斜角度为﹣80
°
～﹣20
°
。
[0028]水平风机与变截面镍基高温合金轴类件的轴部外壁之间具有一定距离，倾斜风机与变截面镍基高温合金轴类件的轴颈部内壁之间具有一定距离，皆通常为30cm～100cm，也可以通过调节两台风机的转速、流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，包括旋转风冷平台、水平风机和倾斜风机，其特征在于：所述旋转风冷平台的中心位置垂直设置吸热块承载支柱，所述旋转风冷平台靠近边缘的位置沿周向垂直设置轴类件承载支柱，所述吸热块承载支柱和所述轴类件承载支柱的高度相同；所述吸热块承载支柱的上方安装变截面辐射吸热块。2.如权利要求1所述的变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，其特征在于：所述水平风机为可调节风量式风机，其沿着水平方向放置；所述倾斜风机为可调节风量式风机，其倾斜角度为﹣90
°
～90
°
。3.一种变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却方法，其特征在于：使用了如权利要求1或2中所述的变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却装置，包括以下步骤：步骤一：根据需要固溶冷却的变截面镍基高温合金轴类件的形状和尺寸，选定与其匹配的变截面辐射吸热块；将变截面辐射吸热块安装在固溶冷却装置的吸热块承载支柱上；调整固溶冷却装置，使其处于水平位置；步骤二：根据需要固溶冷却的变截面镍基高温合金轴类件的形状和尺寸，选定与其匹配的水平风机和倾斜风机的放置位置，以及与其匹配的水平风机和倾斜风机的转速；步骤三：将变截面镍基高温合金轴类件放入热处理炉中进行固溶处理，直至变截面镍基高温合金轴类件的强化相γ
′
相部分或全部溶解；步骤四：固溶处理结束后，将变截面镍基高温合金轴类件从热处理炉中取出，并在一定时间内将其转移至固溶冷却装置的轴类件承载支柱上；步骤五：开启旋转风冷平台、水平风机和倾斜风机，对变截面镍基高温合金轴类件进行冷却处理，直至冷却到设定温度；步骤六：冷却处理结束后，将变截面镍基高温合金轴类件放入热处理炉中进行时效处理。4.如权利要求3所述的变截面镍基高温合金轴类件的固溶冷却方法，其特征在于：步骤一中，所述变截面辐射吸热块的外壁形状与所述变截面镍基高...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阳，田高峰，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：