[發明專利]一種渦輪盤梯度溫度場調控裝置及調控方法

有效

• 申請號: 202010970728.2
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112143872B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 羅皎;李聰;李淼泉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C21D9/34
• 分類號: C21D9/34;C21D11/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種梯度熱處理工藝或梯度溫度場調控裝置及方法。針對文獻梯度熱處理工藝中的溫度梯度無法自由調控的問題，本發明的技術方案是：通過設計帶空腔、可自由添加輔助蓄熱塊的梯度熱處理裝置，結合有限元數值模擬技術，預測渦輪盤上溫度場和晶粒尺寸分布隨時間變化的趨勢，獲得不同輔助蓄熱塊對溫度梯度和晶粒尺寸分布的影響規律，建立工裝形狀、尺寸—爐內溫度—渦輪盤梯度溫度場的關系數據庫，發展了一種渦輪盤目標晶粒尺寸分布下的溫度梯度自由調控方法。本發明的突出優點是實現了盤心處升溫速率以及盤體溫度梯度的自由調控，避免了盤件尺寸變化時需重新設計蓄熱模具的問題，降低了梯度熱處理工裝設計和制造成本。

技術領域

本發明涉及一種熱處理工藝或方法，具體為一種梯度熱處理工藝或梯度溫度場調控方法，特別涉及一種渦輪盤梯度溫度場調控裝置及調控方法。

背景技術

梯度熱處理工藝是在專用熱處理設備上，通過控制不同區域的溫度使得熱處理后晶粒尺寸呈梯度變化，獲得雙性能金屬零件的一種熱處理技術，其技術關鍵在于熱處理過程中梯度溫度場的準確預測與穩健調控，因此，基于工裝—爐內溫度—鍛件的耦合有限元數值模擬，獲得工裝形狀和尺寸、鍛件對熱處理過程中梯度溫度場的影響規律，并合理設計工裝形狀和尺寸，為渦輪盤梯度溫度場的穩健調控提供了行之有效的解決途徑。

專利公布號為“US 6660110B1”的美國發明專利公開了一種“高溫合金雙性能盤的梯度熱處理裝置和梯度溫度場調控方法”，參見附圖1。該梯度熱處理裝置由蓄熱塊一11，蓄熱塊二12，容殼一13，容殼二14，底座15以及隔熱材料16組成，其中待處理渦輪盤處于容殼一和容殼二之間，底座和容殼二之間連接，容殼與蓄熱塊之間用隔熱棉緊密填充。蓄熱塊一11，蓄熱塊二12分別與盤件17的中心區域接觸，隔熱材料及容殼使得蓄熱塊與高溫環境隔離，蓄熱塊從盤件的中心區域吸收熱量，使其中心區域溫度較低；而盤件的盤緣部位則暴露在熱處理爐的高溫環境中，其溫度較高。通過該梯度熱處理裝置，盤心與盤緣可形成超過200℃的溫度梯度，而且過渡區溫度場不存在溫度突變，為梯度熱處理后晶粒尺寸的有序調控奠定了基礎。但該裝置中蓄熱塊的形狀和尺寸是固定不變的，無法實現盤心處升溫速率的自由調控，更不能實現溫度梯度的穩健自由調控，這勢必會造成當盤件尺寸發生變化時，需重新設計蓄熱塊的問題，這將大大提高設計、制造成本，造成原材料浪費的問題。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了克服現有的梯度熱處理裝置僅能獲得梯度溫度場卻無法實現溫度梯度自由調控的不足，本發明提供一種基于工裝形狀尺寸設計的渦輪盤梯度溫度場調控方法，該方法將蓄熱塊中心部位設計成為一定尺寸的空腔，通過在空腔中添加輔助蓄熱塊達到自由調控溫度梯度的目的，同時采用有限元數值模擬技術預測獲得添加不同輔助蓄熱塊對溫度梯度的影響規律，建立工裝形狀、尺寸—爐內溫度—渦輪盤梯度溫度場的關系數據庫，在此基礎上實現熱處理過程中梯度溫度場的準確預測與穩健調控，為渦輪盤梯度組織的精確調控奠定基礎。

本發明的技術方案是：一種渦輪盤梯度溫度場調控裝置，包括上容殼、下容殼、底座、隔熱棉，待處理渦輪盤處于上容殼和下容殼之間，且三者為同軸布置；底座和下容殼之間連接；其特征在于，還包括上蓄熱模具、第一下蓄熱模具部件、第二下蓄熱模具部件和輔助蓄熱塊；所述上蓄熱模具位于上容殼中，兩者之間填充有隔熱棉；第一下蓄熱模具部件、第二下蓄熱模具部件位于下容殼中，第一下蓄熱模具部件和下容殼之間，第二下蓄熱模具部件和下容殼之間填充有隔熱棉；第二下蓄熱模具部件一端與下容殼連接，另一端與第一下蓄熱模具部件連接；上容殼、下容殼、底座上蓄熱模具、第一下蓄熱模具部件和第二下蓄熱模具部件為同軸布置；蓄熱模具部件中裝有若干輔助蓄熱塊，通過擺放不同數量組成不同形狀來對渦輪盤梯度溫度場進行自由調控。

本發明進一步的技術方案是：所述上容殼整體為柱狀體，內部為空腔，一端開口一端封閉，開口端與待處理渦輪盤接觸；封閉端兩側設有平行于地面的耳狀凸起，用于快速拆卸；封閉端的端面上設有盲孔，中心處開有通孔。

本發明進一步的技術方案是：所述上蓄熱模具整體為凸字狀，一端開口一端封閉，開口端與上容殼封閉端固連，凸字端與待處理渦輪盤中心接觸。