专利名称：高精度钛合金电阻加热炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对合金工件进行热处理的高温热处理炉，尤其是对钛合金进行热处理的高精度钛合金电阻加热炉。
背景技术：
钛合金是一种重要的金属结构材料，与其它金属相比，它有非磁性和线膨胀系数较小的特点。具有很高的屈服强度/密度比，疲劳强度/密度比、蠕变极限、良好的高低温性能，、热稳定性、抗蚀性；在常温及超温下；比强度高，有足够的韧性和塑性；是航空、航天受力构件的主选材料。钛合金在各种新型飞机上，用量与日俱增，研制出适合钛合金加热的高精度周期电阻炉，则称为热处理炉生产厂家的一项重要工作。按显微金相组织不同，钛合金分为α型钛合金(如ΤΑ4、ΤΑ5、ΤΑ6、ΤΑ7等)，α+β 型(TC3、TC4、TC5、TC6、TC8、TC9、TC10、TC11、ΒΤ6、ΒΤ9、ΒΤ16 等等)β 型钛合金(如 TBU ΤΒ2、ΤΒ5等)适用于航空、航天、船舶、兵器工业使用的各类钛合金牌号有45个之多。(其中包括有4个钛合金焊丝的牌号)
不同牌号的钛合金，有各自不同的工艺热处理制度。它涵盖了自350 1150°C各个不同的温度段。而钛合金对温度极为敏感。故对加热温度制度要求十分严格。根据有关工艺实验数据，在不同温度段和不同加热保温时间条件下，对同一种显微组织，同一种牌号的钛合金材料，其金相组织都会有很大差异，而导致其机械力学性能有较大变化。钛合金加热设备，按航标HB5354-94标准，适用的加热炉类别是I 3类炉。现有技术中，因为加热设备本身热工特性太差，而导致钛合金产品报废率高，甚至整炉报废，造成重大经济损失的事已屡有发生；而且其升温速度较慢、炉温均匀性、炉温稳定度较差。而且，航空工业的厂家，因其生产特点少批量，多品种，多规格等，都希望在一台加热炉上可以完成各种钛合金的常规锻造加热、高温锻造加热，及不同牌号钛合金的退火、 固溶和时效热处理。但，现有技术中的热处理炉，不能同时满足钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要，要设置多个炉子来满足钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要，增大了设备投资、浪费了加热能源。
发明内容
本发明针对现有技术的退火炉，在处理钛合金等特种工件时存在的热工特性差、 报废率高、不能适应钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要等不足，提供一种升温速度快、降低钛合金产品报废率、适应钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要的高精度钛合金电阻加热炉。本发明的技术方案高精度钛合金电阻加热炉，用于钛合金的常规锻造加热、高温锻造加热，及不同牌号钛合金的退火、固溶和时效热处理，包括炉体和加热控制器；其特征在于由上面、下面、左面、右面、前面、后面六个侧面板构成的炉体，中间的空腔形成炉膛， 在其中至少一个侧面板上设置有可移动式炉门；在炉体的六个侧面板的内侧，都设置有电加热器，在所述加热控制器控制下发热以加热炉膛；
在炉膛的顶部，设置有若干个循环风机，在受控状态下向炉膛内吹风；
六个侧面板的外侧是炉壳，炉壳采用型钢和板材焊接而成；炉壳内是耐热炉衬；用耐热钢材质的锚固件，把耐热炉衬全部连接并定位在炉壳上；锚固件的前端，都隐蔽在耐热炉衬内，锚固件在热态下自由膨胀，不限制或压缩耐热炉衬；所述炉体能同时满足从350 1150°C各个不同的温度段加热、热处理的需要。
进一步的特征是所述电加热器的发热原件是电阻带绕制成波纹结构。本发明的高精度钛合金电阻加热炉，相对于现有技术，具有如下特点
1、加热过程中升温速度快、达到较高的炉温均匀性、炉温稳定度等，满足热处理工艺的需要;
2、适应钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要，一台炉子就能同时满足从350 1150°C各个不同的温度段热处理的需要；在350 1150°C各个不同温度段内， 按照AMS2750D高温测量标准，严格测试，炉温均匀性，均可达到二类炉(±5°C )或三类炉 (±8°C)的标准。3、大幅度降低钛合金产品报废率，尤其是能防止钛合金整炉报废。4、炉衬和加热元件，使用寿命较长，在连续状态下工作，两年内无大修。
图I是本发明加热炉结构主视图(剖视)；
图2是图I的俯视图(剖视)；
图3是本发明另一种实施例加热炉结构主视图(剖视)；
图4是图3俯视图(剖视)。
具体实施例方式如图1、2中，本发明的高精度钛合金电阻加热炉，用于钛合金的常规锻造加热、高温锻造加热，及不同牌号钛合金的退火、固溶和时效热处理，包括炉体I和加热控制器，由上面、下面、左面、右面、前面、后面六个侧面板构成的炉体1，中间的空腔形成炉膛2，在其中至少一个侧面板上设置有可移动式炉门3，炉门3在动力装置带动下转动或上下移动，以与炉体I上该侧面板上开设的炉口门洞配合而封闭。在炉体I的六个侧面板的内侧，都设置有电加热器4，通电后发热以加热炉膛2，加热控制器控制电加热器4的通电或断电，采用现有的调功温度控制系统以满足加热速度和均匀性要求。六个侧面板的外侧是钢质炉壳11，炉壳采用符合要求规格的型钢和板材焊接而成。在制造工艺上，作为外板的炉壳采用强化处理后，嵌入焊接的制作方式，炉壳外面，看不到焊缝。炉壳11不仅有足够的热强性和钢度。炉壳11内是耐热炉衬12，采用了平顶、复合型材料的炉衬结构。上面侧板(炉顶)、左面、右面、前面、后面侧板(四个侧墙)的耐热炉衬 12用硅酸铝纤维制品材料。下面侧板(炉底)用保温砖，即高强度轻质砖和高铝质耐火砖。 可移动的炉门3的炉门口框因为易受碰撞而毁坏，采用钢纤维低水泥高强度浇注料，分段浇注成型。炉顶选用分类温度1400°C的预制成型的纤维棉砖，背衬用分类温度1260°C的湿性针刺毯，棉砖连同衬毯一起用耐热钢材质的锚固件13固定，固牢在炉壳顶的钢结构件上。炉膛的四个侧面板(四个侧墙)和炉门的耐热炉衬(即保温层)，用碳酸镁保温毡， 湿性针刺纤维毯错缝叠铺。耐火层用压力成型，经特处理后的高密度(350 kg /m3)多晶陶瓷纤维板。板块之间接缝用进口的专用高温粘结剂，涂刷后拼接，加温固化而成一体。在合理而恰当位置上用多根耐热钢材质的锚固件13，把耐热炉衬全部连接并定位在钢结构的炉壳11上。所有的锚固件13的前端，都隐蔽在耐热炉衬12内，不会产生高温氧化，适应1100°C的高温，能有效延长其使用寿命。锚固件13在热态下自由膨胀，不限制或压缩炉衬，而使炉衬不被损伤。在炉膛2的顶部，即上面侧板(炉顶)上，设置有若干个循环风机5，在受控状态下向炉膛2内吹风以搅动炉膛2内的空气，起到搅拌作用以增加炉温均匀性；循环风机5启动后强制炉气循环，强化低温加热段的对流传导作用，改善高温段热传导的均匀度。为了方便保养和维修，在结构设计上，将循环风机5连同叶轮等部件设置为一个整体结构，可以从炉顶上整体装入和取出。经多次实验证明高温钛合金箱式电阻加热炉，增加风机强制循环是保证炉体热工性能良好的技术措施之一。循环风机5采用现有技术的水冷式，其在800°C以下高速运转，800°C以上自动转为低速运行，弱化金属叶轮的疲劳应力，强化低温对流循环作用。电加热器4的发热原件有电阻丝和电阻带两种成形产品，从元件寿命、功率分布及安装固定方式综合权衡，本发明采用电阻带绕制成波纹结构较好。尽管电阻丝和电阻带在高温状态下，用同样的波长，节距进行比较，电阻丝变形较小，伸长和扭曲可以忽略不计。而电阻带扭曲较大，但在提高元件使用寿命和提高热辐射效率上电阻带有显著优势。在电阻带固定方式上，在纤维炉衬上习惯采用以下三种传统方式(1)在纤维层内预埋瓷管挂钩；(2)螺旋型陶瓷钉挂钩(3)在炉衬表面层上增加一个耐热钢安装架，架上挂钩套陶瓷绝缘子。但经实践证明上述方式对于大跨度温度使用范围的钛合金，根本不适用。因为炉衬工艺制作粗陋，陶瓷配件质量太差，急冷急热状态下易于破脆。热态下，纤维层发生严重收缩，金属支架氧化烧损，变形，加热器扭曲，都可能造成了局部或者大面积区域的短路，故障频出，设备几乎不可能正常运行。本发明在钛合金电阻炉上，是选用高镍含量的耐热合金丝作电阻带的挂钩。在压力成型的高密度多晶陶瓷纤维板内，预埋入挂钩，采用了防转动的挂钩固定技术。有效地控制住了热态下，电阻带扭曲变形的趋势。本发明的钛合金电阻加热炉，适应钛合金从低温到中温再到高温的加热锻造或热处理需要，一台炉子就能同时满足从350 1150°C各个不同的温度段加热、热处理的需要。
根据实际需要，本发明的加热炉，可设置为活动式炉底，即配炉底自行走牵引机构 (如图1、2所示)。根据不同用户工艺需要，可以配备辅助装置如淬火水槽和风机冷却水循环系统等；而且，可以配比机械手取放钛合金工件，在炉膛2内配比一个托盘，钛合金工件放置在托盘上，用机械手举起托盘，将托盘连同钛合金工件整体移出炉膛2(如图3、4所示)。
权利要求
1.高精度钛合金电阻加热炉，用于钛合金的常规锻造加热、高温锻造加热，及不同牌号钛合金的退火、固溶和时效热处理，包括炉体(I)和加热控制器；其特征在于由上面、下面、左面、右面、前面、后面六个侧面板构成的炉体(1)，中间的空腔形成炉膛(2)，在其中至少一个侧面板上设置有可移动式炉门(3);在炉体(I)的六个侧面板的内侧，都设置有电加热器(4 )，在所述加热控制器控制下发热以加热炉膛(2 );在炉膛(2)的顶部，设置有若干个循环风机(5)，在受控状态下向炉膛(2)内吹风；六个侧面板的外侧是钢质炉壳(11)，炉壳(11)内是耐热炉衬(12);用耐热钢材质的锚固件13，把耐热炉衬全部连接并定位在炉壳(11)上；锚固件13的前端，都隐蔽在耐热炉衬(12)内，锚固件13在热态下自由膨胀，不限制或压缩耐热炉衬(12)；所述炉体(I)能同时满足从350 1150°C各个不同的温度段加热、热处理的需要。
2.根据权利要求I所述高精度钛合金电阻加热炉，其特征在于所述电加热器4的发热原件是电阻带绕制成波纹结构。
全文摘要
本发明公开了高精度钛合金电阻加热炉，包括炉体和加热控制器；其特征在于由六个侧面板构成的炉体，中间的空腔形成炉膛，在其中至少一个侧面板上设置有可移动式炉门；在炉体的六个侧面板的内侧，都设置有电加热器，发热以加热炉膛；在炉膛的顶部，设置有若干个循环风机；六个侧面板的外侧是炉壳，炉壳采用型钢和板材焊接而所述炉体能同时满足从350～1150℃各个不同的温度段加热、热处理的需要。本发明的高精度钛合金电阻加热炉，加热过程中升温速度快、达到较高的炉温均匀性、炉温稳定度等，满足热处理工艺的需要；适应钛合金从低温到中温再到高温的加热或热处理需要，一台炉子就能同时满足从350～1150℃各个不同的温度段热处理的需要。
文档编号C21D1/40GK102586553SQ20121006852
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者向犁, 成华兴 申请人:重庆飞达电炉有限公司