[發明專利]一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法及裝置

有效

• 申請號: 202110504774.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113234905B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 張華;吳沖沖;陳淑英;黃海亮;張文彥;李霞;孟范超;朱禮龍;周鑫;仝陽;張尚洲;江亮
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C21D7/13
• 分類號: C21D7/13;C21D6/00
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

本發明公開了一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法及裝置，高通量制備方法，包括如下步驟；步驟S1：開啟加熱電阻絲，加熱到預設溫度時，通過壓頭將坯料壓入梯形臺模具；步驟S2：關閉加熱電阻絲，停止加熱；步驟S3：開啟水源、氣源或油源，噴灑壓入坯料下端，坯料從上到下通過熱傳到方式散熱、冷卻速度逐漸加快；步驟S4：當冷卻到預定溫度時，進入頂出桿，通過頂出桿從梯形臺模具底部頂出坯料；步驟S5：制得晶粒梯度分布的組織成品；本發明的高通量制備方法，有效實現了金屬材料的梯度熱變形及梯度熱處理，可高效獲得具有晶粒梯度分布、第二相梯度分布及性能梯度分布的金屬材料，實現了金屬樣品的高通量制備加工。

技術領域

本發明涉及材料加工技術領域，具體為一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法及裝置。

背景技術

端淬試驗是測定鋼的淬透性的方法之一，在工業、農業領域均有應用；標準尺寸的端淬試樣奧氏體化后，在專用設備上對其一端面噴水冷卻，后沿軸線方向的測出硬度-距水冷端距離的關系曲線的試驗方法，是測定鋼的淬透性的方法之一；端淬梯度熱處理時無法引入變形儲存能，不能為再結晶晶粒形核提供形核驅動力，所以對晶粒尺寸分布影響較小，主要對第二相的尺寸產生影響，且僅能獲得熱處理工藝-組織-性能間的關系；而且，傳統熱壓縮、熱擠壓方法無法達到梯度變形的效果，也存在效率低、成本高的問題,同時,在加工的過程中,冷卻效果較差,因此,設計一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法及裝置是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法及裝置，高通量制備方法有效實現了金屬材料的梯度熱變形及梯度熱處理，可高效獲得具有晶粒梯度分布、第二相梯度分布及性能梯度分布的金屬材料，實現了金屬樣品的高通量制備加工。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備方法，包括如下步驟；

步驟S1：開啟加熱電阻絲，加熱到預設溫度時，通過壓頭將坯料壓入梯形臺模具后，產生梯度熱變形，變形儲存能即晶粒形核驅動力也呈梯度分布，且通過控制模具尺寸控制梯度熱變形量的大小及分布；

步驟S2：當坯料壓入梯形臺模具后，關閉加熱電阻絲，停止加熱，但壓頭并不退出，以防止坯料上端熱擴散而產生冷卻；

步驟S3：開啟水源、氣源或油源，噴灑壓入坯料下端，且流速、流量可調，坯料下端與冷卻介質通過熱交換散熱、冷速較快，坯料從上到下通過熱傳到方式散熱、冷卻速度逐漸加快，從而使壓入的坯料產生溫度梯度分布且可調；

步驟S4：當冷卻到預定溫度時，退出壓頭、梯形臺模具底部的冷卻噴頭，進入頂出桿，通過頂出桿從梯形臺模具底部頂出坯料；

步驟S5：最終獲得上端晶粒大、下端晶粒下的晶粒梯度分布以及上端析出第二相少且尺寸大、下端析出第二相多且尺寸小的第二相梯度分布的組織，性能也呈梯度分析。

作為本發明進一步的方案：所述梯形臺模具上端邊長與下端邊長之比范圍為3:1至10:1、高為5cm到100cm，坯料加熱時間范圍為10min-5h；坯料加熱溫度范圍為200℃-1300℃；冷卻時間范圍為10min-5h。

一種梯度熱變形及梯度熱處理的高通量制備裝置，包括機架、電動滑塊、安裝底架、冷卻組件、下料組件、工作臺、梯形臺模具、壓料組件和支撐腿，所述機架的頂部端面中央頂部設置有電動滑塊，且電動滑塊的頂部端面固定安裝有安裝底架，所述安裝底架的頂部端面一側設置有冷卻組件，所述安裝底架的頂部端面另一側設置有下料組件，所述機架的頂部端面上方固定安裝有工作臺，且工作臺的端面中央開設有落料孔，所述工作臺的頂部端面中央固定安裝有梯形臺模具，且梯形臺模具的底部端面與落料孔連通，所述工作臺的頂部端面一側頂部設置有壓料組件，所述機架的底部端面四周均通過焊接固定安裝有支撐腿；