[發明專利]一種棒狀材料連續溫度梯度熱處理裝置和方法

有效

• 申請號: 202010596353.8
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111575470B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 黃太文;劉林;郭敏;蘇海軍;張軍;楊文超;劉哲良;郭一諾;昌花婷;申輝;李邵穎
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C21D9/00
• 分類號: C21D9/00;C21D1/773;C21D1/34;C21D11/00;C21D1/78
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明涉及熱處理技術領域，尤其涉及一種棒狀材料連續溫度梯度熱處理裝置和方法。本發明的裝置爐體內包括上加熱區和下加熱區，分別利用上加熱電源和下加熱電源進行獨立控溫，且上加熱區和下加熱區均為封閉加熱區，封閉隔熱板可防止熱量散失，確保上加熱區和下加熱區溫度的精確控制，從而實現棒狀材料標樣段溫度梯度的精確控制。本發明的裝置包括抽真空設備，使棒狀材料在真空下進行傳熱，避免熱對流；在上加熱區和下加熱區之間設置環狀輻射屏，能抑制標樣段側向散熱，使傳熱沿縱向傳遞；且棒狀材料與環狀輻射屏不接觸，避免了熱傳導；三方面共同作用使棒狀材料沿軸向一維傳熱，確保了棒狀材料表面和中心溫度一致。

技術領域

本發明涉及熱處理技術領域，尤其涉及一種棒狀材料連續溫度梯度熱處理裝置和方法。

背景技術

熱處理是將材料放在一定的介質內加熱、保溫和冷卻的過程，通過改變材料表面或內部的組織結構來控制其性能，在材料研究與應用中是極為重要的一個環節。目前，常規的熱處理溫度與材料組織性能相關性的研究方法是制備大批成分相同的合金試樣，在保證其余熱處理條件相同的情況下通過改變熱處理的溫度來實現，此方法雖然簡單易操作，但存在以下缺點：1、樣品制備數量大，實驗周期長。一般熱處理實驗需要得到多個溫度點數據，因此需要制備一定數量的試樣才能達到要求；并且每個試樣必須經過完整的熱處理過程，因此工作量大，實驗周期長。2、離散地設置溫度可能觀察不到實驗過程中的異常行為，如很多金屬材料對溫度極為敏感，細微的溫度變化都可能引起相或組織的巨大變化。

梯度熱處理可在同一樣品中實現連續的溫度梯度，通過溫度梯度一次完成以往需要若干次熱處理實驗才能完成的工作，不但可以提高實驗效率，降低實驗的人力、物力消耗，而且對于提高新材料、新產品、新工藝的研發速度也有重要的意義。西北工業大學寧永權等提出一種棒狀材料梯度熱處理裝置及用該裝置處理棒狀材料的方法(授權公告號CN102912086B)。該方法中，通過裝置的上爐體對棒狀材料上端進行感應加熱，下爐體對其下端進行水冷導熱，從而獲得材料由上至下的軸向的溫度梯度。在該發明中，試樣各區域溫度不能進行精確控制，從而導致溫度梯度不可控。鄒云峰等人提出一種模具溫度梯度控制裝置(授權公告號CN203356572U)，通過熱電偶與溫度傳感器的配合控制冷卻風管的開閉來保證所設計的溫度梯度。但該專利限于鑄造過程的模具溫度控制，在材料熱處理領域應用具有一定的局限性。且該技術雖然產生了連續溫度梯度，但由于側向散熱等因素，可能導致材料表面與內部的溫度并不一樣，影響實驗數據的準確性。中南大學提出一種材料連續溫度梯度熱處理方法(授權專利號ZL104451090)，采用梯形石墨筒加熱體實現電阻的梯度變化，在熱模擬機上兩端加直流電，獲得筒內樣品的梯度加熱和控溫。但由于只能單點控溫，偏離控溫點的樣品溫度會一直波動，影響實驗結果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種棒狀材料連續溫度梯度熱處理裝置和方法，采用本發明的裝置不但可提高實驗效率，而且棒狀材料的溫度梯度精確可控、樣品表面和內部溫度一致。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種棒狀材料連續溫度梯度熱處理裝置，包括爐體、抽真空設備、上加熱電源和下加熱電源；所述抽真空設備、上加熱電源和下加熱電源位于爐體外；所述爐體的側壁上設置有紅外熱成像測溫窗口5和空氣出口6；所述抽真空設備與空氣出口6相通；

所述爐體內設置有水冷接頭1、上加熱區2、下加熱區3和環狀輻射屏4；所述水冷接頭1固定于爐體的頂部；

所述環狀輻射屏4位于上加熱區2和下加熱區3之間，所述環狀輻射屏的上端距離上加熱區底端的距離為0～2mm，所述環狀輻射屏的下端距離下加熱區頂端的距離為0～2mm；所述環狀輻射屏4沿軸向開設有寬1～2mm的細縫；所述細縫的長度與環狀輻射屏4的高度相同；所述紅外熱成像測溫窗口5與細縫的位置相匹配；