本实用新型涉及一种金属材料高温真空退火炉，属金属材料高温真空退火组织结构演变研究及特征分析领域。
背景技术：
材料的组织退化而造成的性能损伤是航空航天、火电、核电等领域关键高温部件长时服役过程中的主要失效形式，因此进行该领域高温部件用金属材料服役温度下的长时组织演变规律研究对材料研发、部件性能评价和寿命评估等有着重要意义。
航空航天、火电、核电等领域高温结构用高温合金等金属材料在高温空气环境中会发生氧化，高温氧化会影响材料内部的组织结构状态，缩短构件的使用寿命，因此，此类结构一般都是带涂层工作的。材料研究过程中，为反映该类材料服役环境下的真实结构信息，高温长时组织结构演变研究需要在真空环境下进行；此外，材料服役温度下的长时组织演变规律研究过程中需要进行不同温度不同时间条件下的大量高温退火试验，并要求退火完成后的冷却过程中尽量保持材料高温退火状态下的原始组织结构特征。因此，高温退火炉必须满足以下条件：（1）退火炉炉腔为真空状态；（2）同一温度不同时间批次的样品一起进行，需要考虑退火过程中的中途取样问题；（3）样品退火完成后需要采用快速冷却处理，以保留退火态的组织结构特征。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提出一种金属材料高温真空退火炉，可实现真空退火、中途取样、快速冷却。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种金属材料高温真空退火炉，所述金属材料高温真空退火炉包括：主真空舱组件、真空预抽室组件、抽真空组件和第一插板阀，所述主真空舱组件与所述真空预抽室组件之间设置所述第一插板阀，所述抽真空组件分别与所述主真空舱组件和所述真空预抽室组件连接。
进一步的，所述主真空舱组件包括：炉壳体、主真空室舱门、石英观察窗、隔热屏、炉芯和退火样品台，所述炉壳体为圆柱形结构，炉壳体一端设置主真空室舱门，所述主真空室舱门用于密封炉壳体，所述炉壳体另一端与所述第一插板阀一端连接，所述炉壳体内的中心部分为炉芯，炉芯为钼板条加热体围成的圆柱形空心结构，炉芯外侧包裹多层隔热屏，所述炉芯内设置退火样品台。
进一步的，所述真空预抽室组件包括：预抽室、预抽室舱门、低温气体喷嘴、预抽室样品座和机械手，所述预抽室舱门设置于所述预抽室的侧壁上，所述预抽室一端与所述第一插板阀另一端连接，所述预抽室另一端采用法兰密封，法兰中部设有通孔，所述机械手一端与通孔配合保证密封并穿过通孔置于预抽室内部，所述预抽室内设置预抽室样品座，所述低温气体喷嘴一端设置于预抽室内，另一端设置于预抽室外侧，与低温气源密封连接。
进一步的，所述抽真空组件包括：第一真空规、第二插板阀、分子泵、第一电磁阀、第二真空规、机械泵、波纹管和第二电磁阀，所述第二插板阀一端通过管路与所述炉壳体连接，所述第二插板阀与所述炉壳体连接的管路上设置第一真空规，所述第二插板阀另一端与分子泵一端连接，所述分子泵另一端与所述第一电磁阀一端连接；所述第二电磁阀一端与所述预抽室连接，所述第二电磁阀另一端通过波纹管及一三通阀分别连接所述机械泵和第一电磁阀另一端，所述三通阀上设置第二真空规。
进一步的，所述第一真空规为高真空规。
进一步的，所述第二真空规为低真空规。
本实用新型的有益效果在于，退火炉采用钼板加热方式并设计有主真空舱和真空预抽室，可实现金属材料不高于1400℃不同退火时间的分批次取样要求，此外，真空预抽室样品座上方设计有低温气体喷嘴，金属材料退火后移动至预抽室后可从气体喷嘴向样品上喷射低温气体，加速退火样品的冷却，保质金属材料原始的退火组织结构特征。
附图说明
图1 金属材料高温真空退火炉结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
如图1所示，一种金属材料高温真空退火炉，所述金属材料高温真空退火炉包括：主真空舱组件1、真空预抽室组件2、抽真空组件3和第一插板阀4，所述主真空舱组件1与所述真空预抽室组件2之间设置所述第一插板阀4，所述抽真空组件3分别与所述主真空舱组件1和所述真空预抽室组2连接。
所述主真空舱组件1包括：炉壳体11、主真空室舱门12、石英观察窗13、隔热屏14、炉芯15和退火样品台16，所述炉壳体11为圆柱形结构，一端设置主真空室舱门12，所述主真空室舱门12用于密封炉壳体11，所述炉壳体11另一端与所述第一插板阀4一端连接，所述炉壳体11内的中心部分为炉芯15，炉芯15为钼板条加热体围成的圆柱形空心结构，炉芯15外侧包裹多层隔热屏14，所述炉芯15内设置退火样品台16，所述炉壳体11设有夹层，并设有冷却水入口与冷却水出口，退火炉采用钼板加热方式，可实现金属材料不高于1400℃的退火温度。
所述真空预抽室组件2包括：预抽室21、预抽室舱门22、低温气体喷嘴23、预抽室样品座24和机械手25，所述预抽室舱门22设置于所述预抽室21的侧壁上，所述预抽室21一端与所述第一插板阀4另一端连接，所述预抽室21另一端采用法兰密封，法兰中部设有通孔，所述机械手25一端与通孔配合保证密封并穿过通孔置于预抽室21内部，所述预抽室21内设置预抽室样品座24，所述低温气体喷嘴23一端设置于预抽室21内，另一端设置于预抽室21外侧，与低温气源密封连接。
所述抽真空组件3包括：第一真空规31、第二插板阀32、分子泵33、第一电磁阀34、第二真空规35、机械泵36、波纹管37和第二电磁阀38。所述第二插板阀32一端通过管路与所述炉壳体11连接，所述第二插板阀32所述炉壳体11连接的管路上设置第一真空规31，所述第二插板阀32另一端与分子泵33一端连接，所述分子泵33另一端与所述第一电磁阀34一端连接；所述第二电磁阀38一端与所述预抽室21连接，所述第二电磁阀38另一端通过波纹管37及一三通阀分别连接所述机械泵36和第一电磁阀34另一端，所述三通阀上设置第二真空规35，所述第一真空规31为高真空规，所述第二真空规35为低真空规，所述低温气体喷嘴23可向预抽室21内的样品座喷射低温气体，快速冷却退火后的金属材料样品，保持其原始的退火态组织结构特征。
主真空室为金属材料高温退火试验区，与分子泵组成的高真空系统连接，保证金属材料退火过程中的真空度要求。真空预抽室为金属材料退火后的冷却区，与机械泵组成的低真空系统连接，保证金属材料退火完成后主真空舱和真空预抽室之间插板阀的开启，实现金属材料退火样品的分时间批次取样。
金属材料高温真空炉的工作原理和工作过程如下：
① 金属材料退火样品准备完成后，打开高温真空退火炉一侧的主真空舱门，将退火样品放置于炉芯均热区内的样品台上，开启主真空舱高真空系统。
② 待主真空舱达到退火要求的真空度后，启动钼板加热系统，主真空舱内温度达到目标退火温度并稳定后开始计时，同时开启真空预抽室低真空系统。
③ 当第一时间批次退火样品达到退火时间后打开主真空舱和真空预抽室之间的第一插板阀，利用机械手将第一时间批次样品从主真空舱炉芯处的样品座移动至预抽室内的样品座上，快速关闭第一插板阀，同时利用预抽室内的样品座上方的低温气体喷嘴向样品座喷入低温气体，快速冷却退火后的样品，以保留其原始的退火后组织结构特征。
④ 以此类推，直至最后时间批次的退火样品完成退火并快速冷却即可。
实施例1：将需要进行1000℃,50小时、100小时、500小时、10000小时退火处理铸态钴基高温合金锭切割出4个20×20×20mm方形试样，磨掉表面切割划痕并清洗干净备用。打开高温真空退火炉左侧的主真空舱门，将4个钴基合金退火样品依次放入主真空舱内的样品座上，关闭主真空舱门并启动主真空舱高真空系统。待主真空舱内的真空度达到1×10-3Pa时，启动主真空舱钼板加热系统，并设定目标退火温度为1000℃。当主真空舱内的温度达到1000℃并稳定后开始计时，同时开启真空预抽室低真空系统。退火时间到达50小时时，打开主真空舱和真空预抽室之间的第一插板阀，同时利用机械手将第一时间批次样品从主真空舱炉芯处的样品座移动至预抽室内的样品座上，快速关闭第一插板阀，利用预抽室内的样品座上方的低温气体喷嘴向样品座喷入低温气体，快速冷却退火后的样品。以此类推，依次完成100小时、500小时、10000小时三次退火样品的取样和冷却。
从实施例可以看出，高温真空退火炉可完成金属材料同一退火温度不同时间批次下退火处理，并且能够在金属材料退火完成后实现样品的快速冷却，保持其原始的退火组织结构特征。