CN109540891A - 高温合金热处理可视化模拟的方法 - Google Patents

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张健
周扬
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Abstract

本发明涉及模拟热处理技术，其公开了一种高温合金热处理可视化模拟的方法，解决传统技术对热处理过程中相变、再结晶、晶粒长大的具体过程缺乏直观的观察手段，不能对热处理过程中的组织变化进行实时的原位观察的问题。该方法包括：试样准备：对试样进行预处理，将经过预处理后的试样放入Al2O3坩埚中，置于激光高温共聚焦显微镜的加热炉中，密封加热炉后抽真空并充入Ar气；热处理参数设定：根据拟定的热处理工艺，在激光高温共聚焦显微镜的加热炉的控制单元中设定温度控制参数，同时设定显微镜的相关参数；可视化模拟：执行加热程序，试样在加热炉中按照设定的温度控制参数加热，模拟热处理过程；数据处理：以图片和/或视频形式进行保存模拟过程。

Description

高温合金热处理可视化模拟的方法
技术领域
本发明涉及模拟热处理技术，具体涉及一种高温合金热处理可视化模拟的方法。
背景技术
高温合金是以Fe、Co、Nb为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。在高温工作环境下，具有良好的力学性能和强韧性，较高的抗氧化、抗腐蚀性能。在航空、航天领域具有非常重要的作用，是生产现代飞机、火箭发动机的重要原材料。
高温合金的力学性能与其热处理过程有着非常密切的关系，适合的热处理可以大幅度提高合金的高温强度、韧性以及疲劳寿命。因此，研究热处理对高温合金组织、性能的影响对于高温合金生产工艺的优化具有重大意义。
目前实验室对热处理工艺的研究主要是使用加热炉对试样进行热处理，然后分析热处理前后的组织变化，但是对热处理过程中相变、再结晶、晶粒长大的具体过程缺乏直观的观察手段，不能对热处理过程中的组织变化进行实时的原位观察。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种高温合金热处理可视化模拟的方法，解决传统技术对热处理过程中相变、再结晶、晶粒长大的具体过程缺乏直观的观察手段，不能对热处理过程中的组织变化进行实时的原位观察的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
高温合金热处理可视化模拟的方法，包括以下步骤：
步骤1、试样准备：
对试样进行预处理，将经过预处理后的试样放入Al2O3坩埚中，置于激光高温共聚焦显微镜的加热炉中，密封加热炉后抽真空并充入Ar气作为保护气体；
步骤2、热处理参数设定：
根据拟定的热处理工艺，在激光高温共聚焦显微镜的加热炉的控制单元中设定温度控制参数，同时设定显微镜的相关参数；
步骤3、可视化模拟：
加热炉的控制单元执行加热程序，试样在加热炉中按照设定的温度控制参数加热，模拟热处理过程；
步骤4、数据处理：
以图片和/或视频形式进行保存模拟过程。
作为进一步优化，步骤1中，所述对试样进行预处理包括：
将试样加工为的圆柱试样，对试样的观察面进行打磨、抛光，使试样上下表面平行。
作为进一步优化，步骤1中，所述对试样进行预处理还包括：
对试样的观察面进行腐蚀，以显示试样常温下的组织形貌。
作为进一步优化，步骤2中，所述温度控制参数包括：
升温速度、保温温度和时间以及冷却速率。
作为进一步优化，步骤2中，所述显微镜的相关参数包括：
放大倍数、拍照速度和视频录制参数。
作为进一步优化，步骤3中还包括：
在模拟期间通过显微镜实时观察试样表面在热处理过程中的变化，包括：固态相变、再结晶和晶粒长大过程。
作为进一步优化，步骤4中还包括：
根据保存的模拟过程，采用图像处理软件可进行金相分析和晶粒评级。
本发明的有益效果是：
(1)利用高温共聚焦显微镜的加热炉的温度控制器，可以在0～1700℃的温度范围内，以0.1℃的精度控制热处理温度，最大加热速度1000℃/min，最大降温速度-6000℃/min，完全覆盖所有热处理的温度范围，并模拟炉冷、空冷、油淬、水淬等不同的冷却制度。
(2)在模拟热处理的过程中，可以实时原位观察试样的组织变化，揭示热处理中试样发生的相变、再结晶、晶粒长大等过程。
(3)模拟热处理完成后，可以将实时原位观察到的变化过程以高清视频和高清图片的方式进行保存。通过图像处理，可以测量相变点的温度、计算各种相的数量随温度变化的趋势。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：提出一种高温合金热处理可视化模拟的方法，解决传统技术对热处理过程中相变、再结晶、晶粒长大的具体过程缺乏直观的观察手段，不能对热处理过程中的组织变化进行实时的原位观察的问题。
在具体实现上，本发明中的高温合金热处理可视化模拟的方法，包括以下实现步骤：
步骤1、试样准备：
对试样进行预处理，将经过预处理后的试样放入Al2O3坩埚中，置于激光高温共聚焦显微镜的加热炉中，密封加热炉后抽真空并充入Ar气作为保护气体；
所述对试样进行预处理包括：将试样加工为的圆柱试样，对试样的观察面进行打磨、抛光，使试样上下表面平行。必要时，还可以对试样的观察面进行腐蚀，以显示试样常温下的组织形貌。
步骤2、热处理参数设定：
根据拟定的热处理工艺，在激光高温共聚焦显微镜的加热炉的控制单元中设定温度控制参数，同时设定显微镜的相关参数；所述温度控制参数包括：升温速度、保温温度和时间以及冷却速率。所述显微镜的相关参数包括：放大倍数、拍照速度和视频录制参数。
步骤3、可视化模拟：
加热炉的控制单元执行加热程序，试样在加热炉中按照设定的温度控制参数加热，模拟热处理过程；在模拟期间通过显微镜实时观察试样表面在热处理过程中的变化，包括：固态相变、再结晶和晶粒长大过程。
步骤4、数据处理：
以图片和/或视频形式进行保存模拟过程。根据保存的模拟过程，采用图像处理软件可进行金相分析和晶粒评级。
实施例：
以某镍基低膨胀高温合金热处理模拟为例。
模拟的具体步骤如下：
(1)试样准备：将该合金锻态试样切割成的圆柱状，将试样观察面磨平、抛光，保证试样上下表面平行。将试样装入Al2O3坩埚中，置于激光高温共聚焦显微镜的加热炉中。密封加热炉后抽真空并充入Ar气作为保护气体。
(2)热处理参数设定：根据设计的热处理工艺，在激光高温共聚焦显微镜的加热炉控制单元设定以300℃/min的升温速度分别升至900℃、920℃、940℃、960℃、980℃、1000℃，保温120min，然后以-200℃/min的冷却速度冷至室温。
(3)可视化模拟：执行加热程序，试样在加热炉中按照设定的参数加热，模拟热处理过程，并以高清视频和图片的形式保存。
(4)数据处理：使用图像处理软件对保存的图片进行分析，测量试样Laves相的数量随热处理温度的变化趋势，分析得到Laves相在900～1000℃的析出规律如表1所示。
表1：不同热处理温度Laves相析出数量
从表1中可以看出：Laves相在920℃时析出数量最多，且沿晶界分布；当温度＞940℃时，析出数量随温度减少，且在晶内和晶界弥散分布。
通过以上步骤完成对高温合金热处理模拟过程，通过本发明的方案可以实时地原位观察高温合金在热处理过程中的组织变化，揭示热处理过程对高温合金组织变化的过程，分析热处理过程中高温合金组织变化与热处理温度、保温时间之间的关系，从而可以指导、优化现有的热处理制度，得到更优良的高温合金力学性能。

Claims (7)

1.高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、试样准备：
对试样进行预处理，将经过预处理后的试样放入Al2O3坩埚中，置于激光高温共聚焦显微镜的加热炉中，密封加热炉后抽真空并充入Ar气作为保护气体；
步骤2、热处理参数设定：
根据拟定的热处理工艺，在激光高温共聚焦显微镜的加热炉的控制单元中设定温度控制参数，同时设定显微镜的相关参数；
步骤3、可视化模拟：
加热炉的控制单元执行加热程序，试样在加热炉中按照设定的温度控制参数加热，模拟热处理过程；
步骤4、数据处理：
以图片和/或视频形式进行保存模拟过程。
2.如权利要求1所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤1中，所述对试样进行预处理包括：
将试样加工为的圆柱试样，对试样的观察面进行打磨、抛光，使试样上下表面平行。
3.如权利要求2所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤1中，所述对试样进行预处理还包括：
对试样的观察面进行腐蚀，以显示试样常温下的组织形貌。
4.如权利要求1所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤2中，所述温度控制参数包括：
升温速度、保温温度和时间以及冷却速率。
5.如权利要求1所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤2中，所述显微镜的相关参数包括：
放大倍数、拍照速度和视频录制参数。
6.如权利要求1所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤3中还包括：
在模拟期间通过显微镜实时观察试样表面在热处理过程中的变化，包括：固态相变、再结晶和晶粒长大过程。
7.如权利要求1所述的高温合金热处理可视化模拟的方法，其特征在于，
步骤4中还包括：
根据保存的模拟过程，采用图像处理软件可进行金相分析和晶粒评级。
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