CN102003877B - 一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉，热处理炉包括具有内腔的炉胆、包覆在炉胆外周面上的炉衬、设置在炉胆中的导风筒、与炉胆的内腔相连通的气体输入管道和输出管道、风叶通过炉胆的开口密封地伸在炉胆内的离心式风机、通过冷凝器连接炉胆内部的真空机组、氢气送入管道和送出管道，与现有的处理装置及工艺相比，本发明的钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉可在同一个热处理炉内进行渗氢与脱氢工艺操作，可以提高锻件的冷却效率，提升了锻件的成品率。

Description

一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉

技术领域

本发明涉及一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉。

背景技术

高温钛合金因具有低密度和高比强度的特点，因而在航天、航空、军用飞机、民用飞机发动机用材料中占有重要地位。德国学者提出了氢增加钛合金热塑性的观点，并通过实验验证了这种观点。俄罗斯学者提出了热氢处理工艺。国内的钛合金热氢处理研究工作开展得相对较晚，主要是围绕热氢技术在钛合金氢致增塑、细晶强化作用以及铸件加氢变质加工方面的应用展开，而钛合金易切削热氢处理的研究工作目前刚刚开始。相关热处理炉未见报道，本发明是专为钛合金热氢处理研究而开发的热处理炉。

发明内容

本发明的目的是提供一种既适用于渗氢又适用于脱氢的，具有高强度和高热交换效率的，热处理时既能保持内部气体密度均匀又能抽吸达到理想真空度的，锻件成品率较高的钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉。

为达到上述目的，本发明提供一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉，所述热处理炉包括具有内腔的炉胆、包覆在所述炉胆外周面上的炉衬、嵌在所述炉衬中并与所述炉胆的外周面相接触的加热器、风叶通过所述炉胆的开口密封地伸在所述炉胆内的离心式风机、设置在所述炉胆中的导风筒、入口可与所述炉胆的内腔相连通的冷凝器、可与所述冷凝器的出口相连通的真空机组、可与所述炉胆的内腔相连通的气体输入管道和输出管道、可对所述输出管道输出的气体进行冷却的冷却器、可将所述冷却器冷却的气体抽吸入所述输入管道的工作风机、开设在所述炉衬上用于向所述炉胆的外表面送气的进气口、开设在所述炉衬上的出气口、用于向所述进气口送气的冷却风机、可与所述炉胆的内腔相连通的保护气送入管道和送出管道、可与所述炉胆的内腔相连通的氢气送入管道和送出管道、氢气背压装置，所述氢气背压装置包括具有内腔的装置本体、将所述内腔分隔为上腔室和下腔室的分隔件、开设在所述分隔件上用于连通所述上腔室和下腔室的通孔、可将所述通孔密封地封住以阻断所述上腔室和下腔室的配重块，所述下腔室与氢气送出管道相连通，所述上腔室与外界相连通，在通过所述氢气送出管道送入所述下腔室中的氢气的压力超过所述配重块的重力时，所述配重块被顶开，所述上腔室和下腔室通过所述通孔相连通，所述炉胆的内周面朝外挤压形成多个环形槽，所述多个环形槽沿着所述炉胆的轴向方向相间隔设置，所述导流筒、所述炉胆、所述离心式风机均同轴设置，所述导流筒的一端具有进口，另一端具有出口，所述导流筒的出口对准所述风机的轴向吸风口，所述导流筒内形成了与所述进口和所述出口相连通的回风通道，所述炉胆与所述导流筒之间形成了与所述进口相连通的送风通道，所述导流筒的内周面朝外挤压形成多个环形槽，相应的，所述导流筒的外周面形成多个环形凸起，所述导流筒上的多个环形槽或多个环形凸起沿着该导流筒的轴向方向相间隔设置，所述环形槽的深度超过2.5厘米。

优选地，所述输入管道和输出管道的一端均连接在所述炉胆上，所述输入管道的另一端与所述工作风机的输出端相连接，所述输出管道的另一端与所述冷却器的输入端相连接，所述冷却器的输出端与所述工作风机的输入端相连接。

优选地，所述进气口上连接有进气管道的一端，所述进气管道的另一端与所述冷却风机的输出端相连接。

优选地，所述冷凝器的入口与抽吸管道的一端相连接，所述抽吸管道的另一端连接在所述炉胆上。

优选地，所述出气口上可分离地设置有盖子。

优选地，所述炉胆上的多个环形槽与所述导流筒上的多个环形凸起相交错分布。

优选地，在所述炉胆或所述导流筒的轴向截面上所述环形槽呈圆弧形。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：热处理炉上设置有连通炉胆内部的氢气送入管道与送出管道、保护气送入管道与送出管道，设置风叶通过炉胆的开口密封地伸在炉胆内的离心式风机，首先向炉胆内通入保护气驱赶空气后再充入氢气，可进行渗氢工艺操作，同时，风机工作带动气体在炉胆内循环流动确保渗氢的充分性，设置入口与炉胆内部连通出口与真空机组连通的冷凝器，能将抽吸气体的温度降低至20℃以下，这样抽气后炉内为高真空状态，可进行脱氢工艺操作，脱氢加工结束后向炉胆内通入惰性气体保护气作为炉胆内部冷却气体，在炉胆上设置冷却气的输入管道与输出管道，在炉衬上设置冷却气的进气口与出气口，可根据工艺需要选择冷却气流通方式，达到在规定时间内冷却的效果，炉胆内周面朝外挤压在内表面上形成多个环形槽，导流筒内周面朝外挤压在外表面上形成多个环形凸起，环形槽与环形凸起可提高热处理炉的刚性与机械强度，增大热交换面积，气体流通时发生紊流，使冷却效果更好，这样可在同一个热处理炉内进行渗氢与脱氢工艺操作，避免了搬运锻件的资源人力浪费与锻件成品率降低问题，可以快速冷却锻件，提高了热交换效率，提升了锻件的成品率。

附图说明：

附图1为本发明的主视剖视示意图；

附图2为本发明的侧视示意图。

具体实施方式：

参见图1所示，钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉的炉胆2材质为经过渗铝工艺处理的耐热钢，避免了在高温且含有氢气的环境中容易产生的氢脆问题，炉胆2具有内腔，炉胆2的内周面朝外挤压在外表面上形成多个等间距的的环形槽6，环形槽6深度不低于2.5cm，炉胆2外部包覆有炉衬20，炉胆2内部设置一端具有进口26另一端具有出口27的导流筒3，导流筒3的内周面朝外挤压在外表面上形成等间距的环形凸起5，炉胆2内表面的环形槽6与导流筒3外表面的环形凸起5相对交错设置，炉胆2与导流筒3之间形成了与进口26相连通的送风通道24，导流筒3内形成了与进口26和出口27相连通的回风通道25，炉胆2内表面上的环形槽6与导流筒3外表面上的环形凸起5可以吸收热变形应力，提高了炉胆2和导流筒3的刚性与机械强度，进而延长了设备的使用寿命，在导流筒3内设置具有支承锻件作用的支架4，在炉衬20一侧设置能开合的用于取放锻件的炉门1，设置嵌在炉衬20中并与炉胆2的外周面相接触的加热器7，与在渗氢或脱氢时，根据加工要求调节加热器7开放功率的大小，设置风叶21通过炉胆2的开口密封地伸在炉胆2内的离心式风机19，与炉胆2内腔相连通得设置有输入管道11和输出管道10，供冷却气流通用于冷却炉胆2内部，输入管道11的另一端与风机15的输出端相连接，输出管道10的另一端与冷却器14的输入端相连接，冷却器14的输出端与风机15的输入端相连接，输入管道11上设置阀门13，输出管道10上设置阀门12，用于控制管道的开闭，在炉衬20上开设用于向炉胆2的外表面送气的进气口8以及向炉衬20外部排气的出气口9，供气体流通用于冷却炉胆2的外表面，设置入口16与炉胆2内部连通出口与真空机组相连接的冷凝器17，冷凝器17可将抽出气体的温度降低至20℃以下，确保了符合抽真空的气体低温要求，真空机组18做分子泵18与机械泵23两级设置，分子泵18与机械泵23通过波管22连接，两级真空机组的设置确保了足够的抽气效率。

渗氢时，打开炉门1将锻件放到支架4上，真空机组18工作，抽吸气体使炉胆2内达到低真空度，再通入惰性气体的保护气驱赶空气，保证炉胆2内部只有微量的氧，此时，通入氢气一直到达到设定值为止，根据加工要求将加热器7打开到一定的加热功率对锻件进行渗氢加工，冷却时，可根据实际需要选择冷却炉胆2内部、冷却炉胆2外部或同时冷却炉胆2内部和外部，选择冷却炉胆2内部时，打开阀门12与阀门13，风机15吹出的气体从输入管道11进入炉胆2，在离心式风机19的作用下向炉胆2内表面吹动，经送风通道24在导流筒3的进口26处会合，再经回风通道25回到出口27，再进入输出管道10，经冷却器14冷却后回到风机15被重新吹出，实现循环，风在流经相对设置的炉胆2内表面的环形槽6与导流筒3外表面的环形凸起5时发生紊流，且环形槽6与环形凸起5的存在增加了热交换的面积，可更好得达到热交换的效果，选择冷却炉胆2外部时，气体通过进气口8进入热处理炉内，与炉胆2外部发生热交换后，经出气口9排出炉外，渗氢加工过程中，离心式风机19一直保持工作状态使气体高速强制对流，以确保渗氢处理的均匀化和炉温的均匀分布，并提高了热交换速度和效率。

脱氢时，打开炉门1将锻件放到支架4上，真空机组18工作，炉胆2内气体通过吸气管道16被抽出，炉胆2内达到符合加工要求的10^-5Pa的高真空度，根据加工要求将加热器7打开到一定的加热功率对锻件进行脱氢加工，加工结束后通入惰性气体的保护气，通过离心式风机19在炉胆2内形成循环风对内部进行冷却，可根据实际需要选择冷却炉胆2内部、冷却炉胆2外部或同时冷却炉胆2内部和外部，脱氢加工过程中，离心式风机19一直保持工作状态，与环形槽6、环形凸起5配合保持气体高速强制对流以提高热交换速度和效率，另输出轴的旋转可确保自身不在高温下变形。

参见图2所示，保护气送入管道33、保护气送出管道34、氢气送入管道28、氢气送出管道35通过炉衬20连接到炉胆2内部，氢气背压装置的下腔室31与氢气送出管道35相连通，上腔室32与外部连通的出口设置有燃气嘴29，在下腔室31与上腔室32中间设置有分隔件30，渗氢前，首先由保护气送入管道33向炉胆2内部通入惰性气体保护气，用于驱赶空气由保护气送出管道34排出，再经氢气送入管道28向炉胆2内部通入氢气，炉胆2内氢气达到设定值后，分隔件30被顶开，渗氢加工过程中，分隔件30在炉内氢气气压作用下，一直保持打开状态，多余的氢气在燃气嘴29处与氧气发生化学作用燃烧掉，一直到渗氢加工过程结束，氢气送入管道28不再通入氢气，炉胆2内氢气气压低于设定值，则分隔件30关闭，炉胆2内保持10^-5Pa的高真空度完成脱氢加工后，由保护气送入管道33通入惰性气体保护气作为炉胆2内部冷却，惰性气体保护气不会在高温的环境下与炉胆2内锻件发生化学反应，冷却结束后，惰性气体保护气经由保护气送出管道34排出，之后可打开炉门1取出锻件。

Claims (7)

1.一种钛合金锻件渗氢、真空脱氢多功能热处理炉，其特征在于：所述热处理炉包括具有内腔的炉胆、包覆在所述炉胆外周面上的炉衬、嵌在所述炉衬中并与所述炉胆的外周面相接触的加热器、风叶通过所述炉胆的开口密封地伸在所述炉胆内的离心式风机、设置在所述炉胆中的导流筒、入口与所述炉胆的内腔相连通的冷凝器、与所述冷凝器的出口相连通的真空机组、与所述炉胆的内腔相连通的气体输入管道和输出管道、对所述输出管道输出的气体进行冷却的冷却器、将所述冷却器冷却的气体抽吸入所述输入管道的工作风机、开设在所述炉衬上用于向所述炉胆的外表面送气的进气口、开设在所述炉衬上的出气口、用于向所述进气口送气的冷却风机、与所述炉胆的内腔相连通的保护气送入管道和送出管道、与所述炉胆的内腔相连通的氢气送入管道和送出管道、氢气背压装置，所述氢气背压装置包括具有内腔的装置本体、将所述内腔分隔为上腔室和下腔室的分隔件、开设在所述分隔件上用于连通所述上腔室和下腔室的通孔、将所述通孔密封地封住以阻断所述上腔室和下腔室的配重块，所述下腔室与氢气送出管道相连通，所述上腔室与外界相连通，在通过所述氢气送出管道送入所述下腔室中的氢气的压力超过所述配重块的重力时，所述配重块被顶开，所述上腔室和下腔室通过所述通孔相连通，所述炉胆的内周面朝外挤压形成多个环形槽，所述多个环形槽沿着所述炉胆的轴向方向相间隔设置，所述导流筒、所述炉胆、所述离心式风机均同轴设置，所述导流筒的一端具有进口，另一端具有出口，所述导流筒的出口对准所述离心式风机的轴向吸风口，所述导流筒内形成了与所述进口和所述出口相连通的回风通道，所述炉胆与所述导流筒之间形成了与所述进口相连通的送风通道，所述导流筒的内周面朝外挤压形成多个环形槽，相应的，所述导流筒的外周面形成多个环形凸起，所述导流筒上的多个环形槽或多个环形凸起沿着该导流筒的轴向方向相间隔设置，所述环形槽的深度超过2.5厘米。

2.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：所述输入管道和输出管道的一端均连接在所述炉胆上，所述输入管道的另一端与所述工作风机的输出端相连接，所述输出管道的另一端与所述冷却器的输入端相连接，所述冷却器的输出端与所述工作风机的输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：所述进气口上连接有进气管道的一端，所述进气管道的另一端与所述冷却风机的输出端相连接。

4.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：所述冷凝器的入口与抽吸管道的一端相连接，所述抽吸管道的另一端连接在所述炉胆上。

5.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：所述出气口上分离地设置有盖子。

6.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：所述炉胆上的多个环形槽与所述导流筒上的多个环形凸起相交错分布。

7.根据权利要求1所述的热处理炉，其特征在于：在所述炉胆或所述导流筒的轴向截面上所述环形槽呈圆弧形。

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