本實用新型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)鍵高溫部件長時服役過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時組織演變規(guī)律研究對材料研發(fā)、部件性能評價和壽命評估等有著重要意義。

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)境中會發(fā)生氧化，高溫氧化會影響材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，縮短構(gòu)件的使用壽命，因此，此類結(jié)構(gòu)一般都是帶涂層工作的。材料研究過程中，為反映該類材料服役環(huán)境下的真實結(jié)構(gòu)信息，高溫長時組織結(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時組織演變規(guī)律研究過程中需要進(jìn)行不同溫度不同時間條件下的大量高溫退火試驗，并要求退火完成后的冷卻過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）同一溫度不同時間批次的樣品一起進(jìn)行，需要考慮退火過程中的中途取樣問題；（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)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提出一種金屬材料高溫真空退火爐，可實現(xiàn)真空退火、中途取樣、快速冷卻。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(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、石英觀察窗、隔熱屏、爐芯和退火樣品臺，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，所述主真空室艙門用于密封爐殼體，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。

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、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)。

本實用新型的有益效果在于，退火爐采用鉬板加熱方式并設(shè)計有主真空艙和真空預(yù)抽室，可實現(xiàn)金屬材料不高于1400℃不同退火時間的分批次取樣要求，此外，真空預(yù)抽室樣品座上方設(shè)計有低溫氣體噴嘴，金屬材料退火后移動至預(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。

附圖說明

圖1 金屬材料高溫真空退火爐結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(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施例僅僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

相反，本實用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實用新型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，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。

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12、石英觀察窗13、隔熱屏14、爐芯15和退火樣品臺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12，所述主真空室艙門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啟，實現(xiàn)金屬材料退火樣品的分時間批次取樣。

金屬材料高溫真空爐的工作原理和工作過程如下：

① 金屬材料退火樣品準(zhǔn)備完成后，打開高溫真空退火爐一側(cè)的主真空艙門，將退火樣品放置于爐芯均熱區(qū)內(nèi)的樣品臺上，開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)定后開始計時，同時開啟真空預(yù)抽室低真空系統(tǒng)。

③ 當(dāng)?shù)谝粫r間批次退火樣品達(dá)到退火時間后打開主真空艙和真空預(yù)抽室之間的第一插板閥，利用機(jī)械手將第一時間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動至預(yù)抽室內(nèi)的樣品座上，快速關(guān)閉第一插板閥，同時利用預(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 以此類推，直至最后時間批次的退火樣品完成退火并快速冷卻即可。

實施例1：將需要進(jìn)行1000℃,50小時、100小時、500小時、10000小時退火處理鑄態(tài)鈷基高溫合金錠切割出4個20×20×20mm方形試樣，磨掉表面切割劃痕并清洗干凈備用。打開高溫真空退火爐左側(cè)的主真空艙門，將4個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)閉主真空艙門并啟動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，啟動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)定后開始計時，同時開啟真空預(yù)抽室低真空系統(tǒng)。退火時間到達(dá)50小時時，打開主真空艙和真空預(yù)抽室之間的第一插板閥，同時利用機(jī)械手將第一時間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動至預(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。以此類推，依次完成100小時、500小時、10000小時三次退火樣品的取樣和冷卻。

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