CN104032104A - 一种常规条件下真空热处理实验方法 - Google Patents

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周英妮
菅桄誉
孔维凯
付超
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Abstract

本发明涉及一种常规条件下真空热处理实验方法。本方法是将实验样品放置在一端开口另一端封闭的高温石英管中，采用一个抽真空系统对高温石英管抽真空，并采用一个加热系统对高温石英管靠近开口的一端部进行加热，使高温石英管的被加热段软化而在大气压作用下收缩闭合，从而将实验样品密封在高温石英管的真空密封内腔中；然后将真空封装实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中进行热处理实验，实现没有真空热处理炉的情况下完成真空热处理实验。

Description

一种常规条件下真空热处理实验方法
技术领域
本发明涉及一种常规条件下真空热处理实验方法，在没有真空热处理炉的条件下，进行真空热处理实验，属于材料热处理工艺领域。
背景技术
金属材料的组织结构和应力状态通常是通过各种金属热处理工艺来实现的。热处理属于金属材料的热工艺，它是机械制造工艺中重要的一环。如果没有适当的热处理工艺来改善材料的显微组织，就不可能发挥材料潜在的性能。所谓热处理就是将金属材料加热到一定温度，并在此温度下停留一段时间，然后以适当的冷却速度冷却至一定温度的工艺过程。由于对材料的性能、组织要求，在普通热处理的基础之上，还存在特种热处理，例如：表面热处理、真空热处理和形变热处理等。所谓真空热处理，就是将热处理和冷却过程置于真空中进行。金属及合金在真空热处理时，可在改善产品表面质量方面获得一般热处理时所没有的特异效果，充分显示了真空热处理的优越性。但是，真空炉中的气体成分十分复杂，除残存的空气外，还有从炉体材料和工件内释放出的气体、从密封衬垫和润滑油中放出的气体以及外界渗透进来的气体等。因此，为了保证达到所要求的真空度，在炉子工作过程中就必须用真空泵不停顿地进行排气。所以，真空炉结构相对复杂，价格也更高，这些因素从某种程度上限制了真空热处理炉的普及性。
为此，利用水燃料氢氧机、高温石英管等装置，通过对实验样品进行真空封装，然后利用常规热处理炉进行热处理，达到了类似真空热处理炉进行热处理的实验效果，有效地解决了在没有真空热处理炉的条件下，进行真空热处理的实验要求。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的缺陷，提供一种常规条件下真空热处理实验方法。在没有真空热处理炉的情况下，利用真空封装技术和常规热处理炉，来完成真空热处理实验。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本项热处理工艺方法主要按照物理真空隔离的思路，利用高温石英管在高温条件下软化的特性，以盲孔高温石英管作为实验样品的临时容器。在对装有实验样品的高温石英管抽真空的同时，用水燃料氢氧机火焰枪加热。当高温石英管软化后，利用大气压力使高温石英管管壁逐渐收缩闭合，最终把试样封装在近真空的高温石英管中。然后将真空封装实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中进行热处理实验。
据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种常规条件下真空热处理实验方法，本方法是将实验样品放置在一端开口另一端封闭的高温石英管中，采用一个抽真空系统对高温石英管抽真空，并采用一个加热系统对高温石英管靠近开口的一端部进行加热，使高温石英管的被加热段软化而在大气压作用下收缩闭合，从而将实验样品密封在高温石英管的真空密封内腔中；然后将真空封装实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中进行热处理实验，实现没有真空热处理炉的情况下完成真空热处理实验。
所述采用加热系统对高温石英管加热，在高温石英管管壁收缩粘合在一起后，缓慢拉伸高温石英管，逐步将其分为两部分，含有实验样品的部分就是所述真空封装实验样品的高温石英管。
所述加热系统采用水燃料氢氧机火焰枪对高温石英管的加热段进行加热，加热过程中旋转高温石英管，确保均匀加热。
所述加热系统包括水燃料氢氧机、实验铁架台、橡胶管和氢氧火焰枪。所述水燃料氢氧机的出气口用橡胶管接通氢氧火焰枪的进气口，氢氧火焰枪由实验铁架台支撑而枪口对准高温石英管被加热段。
所述抽真空系统具有重复多次交换通氩气和抽气，而进行抽真空洗气的功能；包括一个氩气瓶出气口用一条橡胶管连接高温石英管的开口端，橡胶管上依次装有氩气减压阀和真空表，在氩气减压阀和真空表之间的橡胶管段上接通一个真空泵。
本方法的具体步骤如下：
A．将氩气瓶、旋片式真空泵和真空表依次用橡胶管连接起来，并用生料带确保连接处的密封性；
B．将事先准备好的高温石英管用超声波等装置清洗干净后，把实验样品放入高温石英管中，连接在橡胶管的另外一端；
C．将整个装置连接完毕之后，检查装置气密性，用真空泵对密闭系统抽真空，然后向密闭系统中通氩气，再抽真空，反复数次，称之为洗气，目的是尽可能置换出密闭系统中的空气；
D．开启真空泵抽气，利用水燃料氢氧机火焰枪对高温石英管的某一区域均匀加热；
E．高温石英管被加热软化后，由于管内负压，管壁逐步收缩，最终粘合在一起，将实验样品密封住；
F．将密封实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中，进行热处理实验。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实用性和显著技术进步：由于真空热处理炉采购和维护成本较高，使得真空热处理炉的数量有限，无法满足真空热处理实验数量上的要求。本发明正是为解决此问题，给出了一种常规条件下真空热处理实验方法。通过将实验样品封装，再利用常规热处理炉进行热处理，同样可以达到真空热处理的效果，具有突出的实用性。另外，本发明技术思路独特，巧妙利用高温石英管在大气压力的作用下完成密封过程。整个装置分为加热系统和抽真空系统，两部分相互配合作用，使实验样品被真空封装在高温石英管内。
附图说明
图1为本发明方法制备真空封装实验样品的高温石英管的装置结构图。
图2为利用水燃料氢氧机加热高温石英管的示意图。
图3为热处理实验使用的马弗炉。
图4 为封装前后的高温石英管（a为封装前的装有实验样品的高温石英管，b为经过封装后的装有实验样品的高温石英管）。
图5为经过真空封装的弹簧钢样品与为未经过真空封装的弹簧钢样品，通过相同工艺的热处理实验后试样边缘金相照片（a图为经过真空封装的实验样品金相照片，b图为未经过真空封装的实验样品金相照片）。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
实施例一
参见图1和图2，本常规条件下真空热处理实验方法，是将实验样品放置在一端开口另一端封闭的高温石英管中，采用一个抽真空系统对高温石英管抽真空，并采用一个加热系统对高温石英管靠近开口的一端部进行加热，使高温石英管的被加热段软化而在大气压作用下收缩闭合，从而将实验样品密封在高温石英管的真空密封内腔中；然后将真空封装实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中进行热处理实验，实现没有真空热处理炉的情况下完成真空热处理实验。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是所述采用加热系统对高温石英管加热，在高温石英管管壁收缩粘合在一起后，缓慢拉伸高温石英管，逐步将其分为两部分，含有实验样品的部分就是所述真空封装实验样品的高温石英管。
所述加热系统采用水燃料氢氧机火焰枪对高温石英管的加热段进行加热，加热过程中旋转高温石英管，确保均匀加热。
所述加热系统包括水燃料氢氧机、实验铁架台、橡胶管和氢氧火焰枪。所述水燃料氢氧机的出气口用橡胶管接通氢氧火焰枪的进气口，氢氧火焰枪由实验铁架台支撑而枪口对准高温石英管被加热段。
所述抽真空系统具有重复多次交换通氩气和抽气，而进行抽真空洗气的功能；包括一个氩气瓶出气口用一条橡胶管连接高温石英管的开口端，橡胶管上依次装有氩气减压阀和真空表，在氩气减压阀和真空表之间的橡胶管段上接通一个真空泵。
实施例三
参见图1，本常规条件下真空热处理实验方法具体步骤如下：
A．将氩气瓶、旋片式真空泵和真空表依次用橡胶管连接起来，并利用生料带确保连接处的密封性；
B．将高温石英管用超声波清洗；
C．取某种弹簧钢作为实验材料，通过打磨处理去除表面氧化皮等杂质；
D．将处理完毕的实验样品放在高温石英管中，与真空表用橡胶管连接；
E．启动真空泵，对高温石英管抽气，片刻后停止抽气，打开氩气阀门，向系统内通入氩气，之后再抽真空，反复几次，进行洗气；
F．洗气完毕后，开启真空泵，对气密系统持续抽真空；
G．利用水燃料氢氧机火焰枪对高温石英管某一位置加热，由于高温石英管软化和管内负压，管壁逐渐收缩，最后密封在一起；
H．将封装实验样品的高温石英管放入马弗炉中进行热处理；
I．分别取在石英管内加热和空气中加热的样品进行金相观察，对比两实验样品表层氧化脱碳的程度，如图5。
通过对比得到结果：在空气中进行热处理的实验样品b，表面出现了一层铁素体组织，这是由于空气中的氧气氧化脱碳造成的；经过高温石英管封装的实验样品a，在经历同样工艺的热处理之后，并没有出现铁素体层组织。说明高温石英管内部并没有氧气存在，本发明工艺可以达到真空热处理的实验效果。

Claims (5)

1.一种常规条件下真空热处理实验方法，其特征在于：将实验样品（10）放置在一端开口另一端封闭的高温石英管（5）中，采用一个抽真空系统对高温石英管（5）抽真空，并采用一个加热系统对高温石英管（5）靠近开口的一端部进行加热，使高温石英管（5）的被加热段软化而在大气压作用下收缩闭合，从而将实验样品（10）密封在高温石英管（5）的真空密封内腔中；然后将真空封装实验样品的高温石英管放入常规热处理炉中进行热处理实验，实现没有真空热处理炉的情况下完成真空热处理实验。
2.根据权利要求1所述的常规条件下真空热处理实验方法，其特征在于：所述采用加热系统对高温石英管（5）加热，在高温石英管（5）管壁收缩粘合在一起后，缓慢拉伸高温石英管（5），逐步将其分为两部分，含有实验样品的部分就是所述真空封装实验样品的高温石英管。
3.根据权利要求1或2所述的常规条件下真空热处理实验方法，其特征在于：所述加热系统采用氢氧火焰枪（3）对高温石英管（5）的加热段进行加热，加热过程中旋转高温石英管（5），确保均匀加热。
4.根据权利要求3所述的常规条件下真空热处理实验方法，其特征在于：所述加热系统包括水燃料氢氧机（1）、实验铁架台（6）、橡胶管（2）和氢氧火焰枪（3）；所述水燃料氢氧机（1）的出气口用橡胶管（2）接通氢氧火焰枪（3）的进气口，氢氧火焰枪（3）由实验铁架台（6）支撑而枪口对准高温石英管（5）被加热段。
5.根据权利要求1所述的常规条件下真空热处理实验方法，其特征在于：所述抽真空系统具有重复多次交换通氩气和抽气，而进行抽真空洗气的功能；包括一个氩气瓶（9）出气口用一条橡胶管（2）连接高温石英管（5）的开口端，橡胶管（2）上依次装有氩气减压阀（4）和真空表（7），在氩气减压阀（4）和真空表（7）之间的橡胶管（2）段上接通一个真空泵（8）。
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