一种高温合金高通量热处理实验装置的制作方法

本申请涉及高温合金加热炉的技术领域，尤其涉及一种高温合金高通量热处理实验装置。

背景技术：

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。

高温合金热处理温度较高，时间较长，热处理工艺复杂，且为了保证表面质量，一般高温合金热处理实验需在管式炉真空环境下进行，这些因素限制了高温合金热处理新工艺的开发，导致热处理工艺开发工艺较长。

现有高温合金实验管式炉为单石英管设计，如需多个样品同时试验需堆叠或并排放入一个石英管中，由于管式炉均温区有限，以及试样的摆放状态，导致无法同时处理多个样品，并且由于均匀性问题各个样品热处理时也有一定的温度差异。

同时由于高温合金热处理工艺复杂，对高温合金热处理工艺优化需研究加热速率、降温速率、固溶温度与时间、时效温度与时间、真空度等对高温合金服役性能的影响，加之高温合金热处理时间较长，采用管式炉仅能处理相同工艺试样，无法进行不同工艺的高通量实验，这也延长了高温合金热处理开发周期。

现有技术中，专用于高温合金的热处理实验设备鲜见报道，加热设备的工位也十分有限，不能真正满足高温合金热处理样品的需求。

技术实现要素：

基于以上现有技术中的不足，本申请所要解决的技术问题是提供一种高温合金高通量热处理实验装置，设有多个热处理工位，可以根据需求调节各工位热处理的工艺参数，实现高通量样品制备，为快速实现正交实验、梯度实验提供了可能。

本申请提供了一种高温合金高通量热处理实验装置，包括外壳和安装在所述外壳中心位置的红外加热棒，所述外壳内可转动的安装有绕所述红外加热棒圆周均匀分布的多个下旋转盘，每个下旋转盘的旋转中心位置安装有石英管；所述下旋转盘上安装有耐火纤维块，所述耐火纤维块的椭圆面处镶嵌有椭圆金面反射罩，所述石英管位于所述椭圆金面反射罩的焦点处，并接受所述红外加热棒的直射与所述椭圆金面反射罩反射的红外线，对石英管内的样品进行加热；每个石英管均单独连接有对石英管内的样品进行降温的冷却系统。

进一步的，所述冷却系统包括与所述石英管的下端面相连的进气口、与所述石英管的上端面相连的排气口；所述进气口和排气口上分别安装有进气电磁阀和排气电磁阀，用于对进入、排出石英管的冷却气体的流量进行控制。

进一步的，所述外壳的上方设有通过升降柱进行上下移动的封盖，所述封盖上设有与所述下旋转盘一一对应并与下旋转盘同步转动的上旋转盘，每个上旋转盘的旋转中心位置设有用于固定并密封石英管的上端面的上支承密封圈；所述排气口安装在上旋转盘上对应石英管上端面的位置。

更进一步的，所述每个下旋转盘上设有用于固定并密封石英管的下端面的下支承密封圈；所述进气口安装在下旋转盘上对应石英管下端面的位置。

可选的，所述外壳上开有与所述耐火纤维块一一对应的观察窗，所述观察窗由观察挡板进行打开和关闭；在降温阶段，下旋转盘旋转使所述椭圆金面反射罩正对观察窗的方向，阻绝石英管内的样品受到的热辐射。

进一步的，所述石英管内设有用于给样品进行测温的热电偶。

可选的，所述下旋转盘的数量为6个，所述耐火纤维块、椭圆金面反射罩、石英管呈正六边形布置。

可选的，所述外壳呈圆形并固定在底座上，所述下旋转盘转动的连接在底座上。

由上，本发明的高温合金高通量热处理实验装置至少具有如下有益效果：

1、六个椭圆反射装置呈正六边形布置，红外发射装置设置于六个椭圆反射装置的共焦点，放置样品的石英管位于各椭圆金面反射罩的焦点处，保证石英管能接受直射与经椭圆面反射的红外线，从而加热管内样品。椭圆面采用周均布设计，热效率高，在椭圆金面反射罩的焦点正对位于中心红外发射装置时能保证六个工位接受的红外线强度相同，保证各工位具备相同的加热条件。

2、椭圆反射装置为可旋转设计，椭圆金面反射罩镶嵌于耐火纤维块上，通过计算调整旋转角度可以对样品加热速率、保温温度与时间进行控制,可实现不同工位样品热处理工艺的单独控制，且不会对其他工位工艺产生影响。

3、每个样品的石英管单独设有进气口与排气口，通过电磁阀控制进出气体流量,可对各个样品降温速率、真空度等条件单独控制，且不会对其他工位工艺产生影响。

4、可同时处理多个样品，通过椭圆金面反射罩可提高红外线反射率及加热效率，温度均匀性好。

5、可一次进行多组不同工艺的热处理实验，具有一次性实验量大，热效率高的特点，而且占地面积较小，操作简便、效率高、易于控制参数变量等优点。

6、本申请的高温合金高通量热处理实验装置不通过控制加热棒功率，而是通过反射模块旋转角度调节样品的升温、保温工艺，实现起来更为灵活，可控性强。

附图说明

图1为本申请所提供的高温合金高通量热处理实验装置的结构示意图；

图2为本申请的高温合金高通量热处理实验装置的加热原理图。

附图标记：1-升降柱；2-椭圆金面反射罩；3-耐火纤维块；4-红外加热棒；5-封盖；6-排气口；7-上支承密封圈；8-石英管；9-观察窗；10-观察挡板；11-下旋转盘；12-进气口；13-下支承密封圈；14-外壳；15-底座；16-上旋转盘。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本申请的高温合金高通量热处理实验装置包括底座15、位于底座15上的外壳14和安装在底座15上并置于外壳14的中心位置的红外加热棒4，底座15上可转动的安装有六个下旋转盘11，六个下旋转盘11围绕红外加热棒4圆周均匀排布并呈正六边形分布，每个下旋转盘11上安装有耐火纤维块3，椭圆金面反射罩2安装在耐火纤维块3的椭圆面上，下旋转盘11上靠近耐火纤维块3的焦点处设置有石英管8，每个下旋转盘11旋转可将椭圆金面反射罩2正对红外加热棒4，以使石英管8处于加热工位，石英管8接受红外加热棒4的直射与椭圆金面反射罩2反射的红外线，对石英管8内的样品进行加热，本申请采用周向均布设计，能保证六个加热工位接受的红外线强度相同，保证各工位具备相同的加热条件，热效率高。

石英管8的下端面通过位于下旋转盘11上的下支承密封圈13固定，石英管8内设有用于给样品进行测温的热电偶，可对实验样品温的度实时监测。另外，石英管8的下端面与安装在下旋转盘11上的进气口12相连，进气口12上安装有进气电磁阀(图中未示出)。

外壳14的上方设有封盖5，封盖5由升降柱1控制升降高度与旋转角度，封盖5上设有六组呈正六边形分布且与石英管8的位置一一对应的排气口6、排气电磁阀(图中未示出)、上支承密封圈7、上旋转盘16。装置密封状态时石英管8的上端面与安装在上旋转盘16上的排气口6相连，并通过上支承密封圈7固定并密封，每个石英管8的进、排气流量分别通过电磁阀(进气电磁阀和排气电磁阀)控制。上述进气口12、进气电磁阀、排气口6、排气电磁阀构成冷却系统，可单独对每个石英管8内的样品进行降温。本发明的进气口12和排气口6作为和外接管路与电磁阀的连接口，下支承密封圈13和上支承密封圈7的作用是使进气口12和排气口6与石英管8密封。

密封状态时的上旋转盘16和下旋转盘11的旋转中心与石英管8的轴线重合，可实现椭圆金面反射罩2、耐火纤维块3绕石英管8的轴线360°旋转，可通过调节不同旋转角度实现样品加热速率、加热温度的精确控制。对样品进行冷却时，椭圆金面反射罩2旋转于正对外壳14上的观察窗9的方向，阻绝样品受到的热辐射。

外壳14上对应每个石英管8的位置开有观察窗9，用于冷却阶段对样品的状态进行观察，观察窗9上设有观察挡板10，样品处于加热状态时观察挡板10关闭，以免红外线对人员造成伤害。每个下旋转盘11旋转可将椭圆金面反射罩2正对观察窗9的方向，以使石英管8处于冷却工位，避免样品受到热辐射，样品处于冷却状态时，观察挡板10可开启，此时可通过观察窗9观察样品的状态。

下面，参照图1和2并结合上述结构特征的描述对本申请的高温合金高通量热处理实验装置的工作原理进行介绍：

根据需求将需要热处理的高温合金实验样品连接热电偶后放在石英管8中，将石英管8插入下支承密封圈13中。升降柱1调整封盖5的水平位置，使上支承密封圈7与石英管8的位置对应。升降柱1控制封盖5下降，石英管8的上端面插入上支承密封圈7中，确认装置此时已完全密封，开启排气出口端电磁阀(排气电磁阀)，使排气管道与石英管8中处于负压状态。

通过程序设定工位样品的热处理工艺，实验过程中，根据程序设定的工艺曲线，加热阶段开启红外加热棒4对样品进行加热，其原理如图2所示，旋转盘根据设定的加热速率与保温温度调整旋转角度。其中某个工位进入降温阶段时，椭圆金面反射罩2旋转于正对观察窗9的方向，阻绝样品受到的热辐射，进气电磁阀开启，并控制通入冷却介质流量，达到冷却速率精确控制，此时观察挡板10可开启，实验人员可通过观察窗9观察样品状态。如后续仍有加热工艺，观察挡板10关闭，椭圆金面反射罩2旋转至适当角度对样品进行加热。

如某一工位样品热处理工艺完成后，则椭圆金面反射罩2旋转至正对观察窗9的方向待命，当所有样品均实验完成后，关闭红外加热棒4，待装置冷却后，关闭排气电磁阀，进气电磁阀控制石英管8内部大气压与外界相等，关闭进气电磁阀。升降柱1控制封盖5向上移动，移动距离大于上支承密封圈7的高度时，封盖5水平移开，将石英管8从下支承密封圈13取下，取出内部实验样品。

实验过程中通过热电偶实时采集样品温度数据，反馈至控制程序中以确保实验按设定工艺进行。

由上述本发明的实施例的技术方案可以看出，本发明是一种多工位适用于高温合金热处理实验的装置，与现有技术相比，本发明可一次进行多组不同工艺的热处理实验，具有一次性实验量大，热效率高的特点。而且占地面积较小，操作简便、效率高、易于控制参数变量等优点。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。