CN109628865B - 耐高温合金材料的热处理方法及热处理材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温合金材料的热处理方法及热处理材料，所述热处理材料是由碳、铝、锰、钛、硅、镍、钴、钼以及铁所组成的铁镍合金，本发明的热处理工艺简单，通过反复分阶段性退火，提高了经热处理之后的铁镍合金的力学性能，使该铁镍合金的断裂伸长量得到提升，通过后期淬火回火步骤，提高了该铁镍合金的硬度，使其断裂应力得以提高；本发明的淬火炉，结构紧凑，功能强大，可进行真空和通气两种加热方式，可进行淬火回火操作，也可进行正火退火操作，在进行热处理过程，无需人工手动操作热处理材料，只需按动按钮，即可，避免了人为操作时由于操作疏忽而导致的人员烫伤事故的发生。

Description

耐高温合金材料的热处理方法及热处理材料

技术领域

本发明属于材料处理领域，涉及耐高温合金材料的热处理方法及热处理材料。

背景技术

铁镍合金是一种在弱磁场中具有高磁导率和低矫顽力的低频软磁材料。早期铁镍合金用于电话通信，含Ni78％的铁镍合金在弱磁场中的磁导率比硅钢高约10～20倍，普遍用于灵敏继电器、磁屏蔽、电话和无线电变压器、精密的交流和直流仪表、电流互感器(见互感器)中。在铁镍合金中加入钼、锰、钴、铬等元素，可得具有更大初始磁导率μi和最大磁导率μm的三元、四元铁镍合金。

铁镍合金具有窄而陡的磁滞回线，在弱磁场中具有很大磁导率和很小的矫顽力,但它的电阻率不大,只适合在1兆赫以下的频率范围工作，否则涡流损耗太大。

现有的铁镍合金通过采用一种热处理工艺和真空冶炼的方法使合金特性得到一定的提高，然而由于其较大的实用性，使其采用传统的热处理工艺进行加工得到的铁镍合金已无法满足其在工业领域上的应用，因此，一种新的可以大幅度提高铁镍合金的热处理工艺的出现迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供耐高温合金材料的热处理方法及热处理材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种耐高温合金材料的热处理方法，所述热处理步骤具体如下：

步骤一、将耐高温合金材料放入热炉中，用真空泵将热炉内部抽至真空；

步骤二、调节热炉温度，使热炉温度缓慢上升至970-1000℃；

步骤三、让耐高温合金材料慢慢加热至970-1000℃，保温5-20小时，然后让耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤四、将耐高温合金材料慢慢加热至780-840℃，然后保温5-10小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤五、将耐高温合金材料慢慢加热至700-740℃，然后保温10-50小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤六、将耐高温合金材料慢慢加热至600-630℃，然后保温10-50小时；

步骤七、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在空气中，通过喷水，使其慢慢冷却：

步骤八、将耐高温合金材料放入热炉中，调节热炉温度至1230-1250℃；

步骤九、加热耐高温合金材料，加热5-20小时；

步骤十、从热炉中取出加热耐高温合金材料，并将其迅速放入冷水中，进行冷却；

步骤十一、将冷却后的耐高温合金材料放入热炉中；

步骤十二、加热温度至1000-1099℃，然后保温5-10小时；

步骤十三、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在水中，使其冷却。

一种耐高温合金材料的热处理材料，该热处理材料为铁镍合金，该合金成分按质量百分比分为：0.03％的碳，1％的铝，3％的钛，0.30％的锰，0.30％的硅，33.5％的镍，29％的钴，4.80％的钼以及余量的铁。

进一步地，所述耐高温合金材料的热处理方法中需要用到淬火炉，所述淬火炉包括顶端加热升降台、侧面加热螺环、顶端加热网、炉内温度指示计、载物台、下炉盖、水箱、底座、支架、内层密封圈、内炉壁、液压支撑机构、外炉壁、出气管道、进气管道以及底部支撑液压机构，所述底座设于支架下端，所述支架上端设有下炉盖，所述水箱设于底座上，且位于下炉盖与底座之间，所述底部支撑液压机构一端固定于水箱底部，另一端连接载物台，所述载物台设于下炉盖上，且穿透下炉盖，所述内层密封圈设于载物台外侧，所述侧面加热螺环通过固定架固定于内炉壁上，所述内炉壁外侧套有外炉壁，所述外炉壁外侧设有液压支撑机构，所述液压支撑机构下端连接下炉盖，所述外炉壁侧面设有炉内温度指示计以及炉内压强指示计，所述内炉壁下端与内层密封圈相配合，所述顶端加热升降台设于内炉壁内侧顶端，所述顶端加热网设于顶端加热升降台下端面上，所述出气管道以及进气管道皆设于外炉壁外侧顶端，且出气管道以及进气管道的下端穿透外炉壁和内炉壁并伸于内炉壁内侧。

进一步地，所述顶端加热升降台、液压支撑机构以及底部支撑液压机构皆为液压杆液压缸结构。

进一步地，所述侧面加热螺环为弹簧状螺旋加热管道，其管道壁上设有导热鳍片，所述顶端加热网为平面螺旋环状加热管道，其管道壁上亦设有导热鳍片。

进一步地，所述内层密封圈与载物台的连接处以及载物台与下炉盖的连接处皆设有密封圈。

进一步地，所述内炉壁与外炉壁之间填充有隔热棉。

进一步地，所述进气管道上安装有气泵，所述出气管道安装有单向阀。

进一步地，所述淬火炉的工作原理为：按动开启开关，液压支撑机构开始伸长，从而反向推动外炉壁和内炉壁向上移动，从而使外炉壁、内炉壁与下炉盖分离，此时载物台凸显出来，将所要进行热处理的材料放入载物台上，按动关闭开关，此时液压支撑机构缩短，拉动外炉壁和内炉壁向下移动，从而推动外炉壁、内炉壁与下炉盖闭合在一起，此时内炉壁与内层密封圈紧密接触，使得内炉壁内部成为一个密封的空间，此时，按动加热开关，侧面加热螺环和顶端加热网开始发热，从而实现对材料加热，此时内炉壁内部的温度会通过炉内温度指示计显示出来，以供操作员观察，了解内部温度，同时炉内压强指示计也会实时显示内炉壁内部的压强，当压力过大时，可通过出气管道上的单向阀进行适当降压，避免爆缸；

当需要进行淬火时，则在加热到指定温度时，关闭加热按钮，按动速冷按钮，此时侧面加热螺环、顶端加热网停止加热，并且底部支撑液压机构收缩，带动载物台下移，使载物台进入到水箱中，通过水箱中的水进行快速冷却，以完成淬火；

当需要进行回火时，按动加热按钮，此时底部支撑液压机构伸长，使载物台回到初始位置，即载物台回到内炉壁内部，同时侧面加热螺环、顶端加热网加热，使材料加热到适当温度，之后按动保温按钮，此时侧面加热螺环、顶端加热网温度保持不变，之后按动速冷按钮，此时侧面加热螺环、顶端加热网停止加热，并且底部支撑液压机构收缩，带动载物台下移，使载物台进入到水箱中，通过水箱中的水进行快速冷却，以完成回火；

通过按动风泵开关，启动风泵，从而向内炉壁内通入冷空气或者氮气等，使淬火炉能进行风冷从而进行正火和退火操作。

进一步地，所述步骤三、步骤四以及步骤五的冷却温度，最少要到达300℃。

本发明的有益效果：本发明的处理工艺简单，通过反复分阶段性退火，大大的提高了经热处理之后的铁镍合金的力学性能，使的该铁镍合金的断裂伸长量得到大幅提升，通过后期淬火回火步骤，又提高了该铁镍合金的硬度，使其断裂应力得以提高；本发明的淬火炉，结构紧凑，功能强大，可进行真空加热，也可进行通气加热，可进行淬火回火操作，也可进行正火退火操作，在进行热处理过程，无需人工手动操作热处理材料，只需按动按钮，即可进行热处理，避免人为操作时由于操作疏忽而导致的人员烫伤事故的发生。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明淬火炉的总体结构剖视图；

图2是本发明淬火炉的总体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种耐高温合金材料的热处理方法，所述热处理步骤具体如下：

步骤一、将耐高温合金材料放入热炉中，用真空泵将热炉内部抽至真空；

步骤二、调节热炉温度，使热炉温度缓慢上升约至989℃；

步骤三、让耐高温合金材料慢慢加热约至989℃，保温5小时，然后让耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤四、将耐高温合金材料慢慢加热约至790℃，然后保温10小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤五、将耐高温合金材料慢慢加热约至740℃，然后保温25小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤六、将耐高温合金材料慢慢加热约至620℃，然后保温25小时；

步骤七、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在空气中，通过喷水，使其慢慢冷却：

步骤八、将耐高温合金材料放入热炉中，调节热炉温度约至1230℃；

步骤九、加热耐高温合金材料，加热15小时；

步骤十、从热炉中取出加热耐高温合金材料，并将其迅速放入冷水中，进行冷却；

步骤十一、将冷却后的耐高温合金材料放入热炉中；

步骤十二、加热温度约至1010℃，然后保温7小时；

步骤十三、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在水中，使其冷却。

实施例2：

一种耐高温合金材料的热处理方法，所述热处理步骤具体如下：

步骤一、将耐高温合金材料放入热炉中，用真空泵将热炉内部抽至真空；

步骤二、调节热炉温度，使热炉温度缓慢上升约至970℃；

步骤三、让耐高温合金材料慢慢加热约至970℃，保温5小时，然后让耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤四、将耐高温合金材料慢慢加热约至780℃，然后保温5小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤五、将耐高温合金材料慢慢加热约至700℃，然后保温10小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤六、将耐高温合金材料慢慢加热约至600℃，然后保温10小时；

步骤七、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在空气中，通过喷水，使其慢慢冷却：

步骤八、将耐高温合金材料放入热炉中，调节热炉温度约至1300℃；

步骤九、加热耐高温合金材料，加热15小时；

步骤十、从热炉中取出加热耐高温合金材料，并将其迅速放入冷水中，进行冷却；

步骤十一、将冷却后的耐高温合金材料放入热炉中；

步骤十二、加热温度约至1010℃，然后保温6小时；

步骤十三、将耐高温合金材料由热炉中取出，放置在水中，使其冷却。

对比例1：

耐高温IN706型铁-镍超级高温合金的材料物体的热处理方法，方法包括如下步骤：

在约965-995℃的温度下固溶退火5-20小时，在室温下油中冷却，在约820±15℃的温度下保温5-100小时，在室温下空气冷却，以及在715-745℃的温度下保温10-50小时，在室温下冷却，在595-625℃的温度下保温5-20小时，并在室温下空气冷却，得到热处理后的合金。

对比例2：

耐高温IN706型铁-镍超级高温合金的材料物体的热处理方法，方法包括如下步骤：

在约965-995℃的温度下固溶退火5-20小时，空气冷却，在约780℃的温度下保温10小时，在室温下空气冷却，以及在715-745℃的温度下保温10-50小时，在室温下冷却，在595-625℃的温度下保温5-20小时，并在室温下空气冷却，得到热处理后的合金。

对比例3：

耐高温IN706型铁-镍超级高温合金的材料物体的热处理方法，方法包括如下步骤：

在约965-995℃的温度下固溶退火5-20小时，空气冷却，在715-745℃的温度下保温10-50小时，在室温下冷却，在595-625℃的温度下保温5-20小时，并在室温下空气冷却，得到热处理后的合金。

实施例3

将实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金进行断裂应力测试：

将实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金放入压力机上，然后加热至600℃，同时对该铁镍合金加压，观察断裂时的对应应力，每组试样重复测试5次，取实验结果的平均值，结果如表1所示；

表1实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金断裂应力测试结果

材料物体	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3
						600℃下的断裂应力(MPa)	1005	1092	970	1005	1070

由表1可知，实施例1断裂应力相比较对比例3略有减小，实施例2断裂应力相比较对比例3略有增大，对比例1断裂应力相比较对比例3减小较大，对比例2断裂应力相比较对比例3略有减小，由上可得本发明所进行的热处理方法可使得铁镍合金在600℃下的断裂应力有所加强，其硬度皆强于对比例1、对比例2以及对比例3的所进行的热处理得到的铁镍合金的硬度。

实施例4：

将实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金进行断裂伸长量测试：

将实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金放入拉伸机上，然后对该铁镍合金进行加热至600℃，启动拉伸机，观察铁镍合金断裂时的伸长量，每组试样重复测试5次，取实验结果的平均值，结果如表2所示；

表2实施例1-2和对比例1-3热处理得到的铁镍合金断裂伸长量测试结果

材料物体	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3
						600℃下的断裂伸长(％)	22	18	20.5	16	14.5

由表2可知，实施例1断裂伸长相比较对比例3具有较大的提升，实施例2断裂伸长相比较对比例3略有提升，对比例1断裂伸长相比较对比例3明显提升，对比例2断裂伸长相比较对比例3提升不大，由上可得本发明所进行的热处理方法可使得铁镍合金在600℃下的断裂伸长增加明显，其韧性皆强于对比例1、对比例2以及对比例3中所进行的热处理得到的铁镍合金的韧性。

综上所得，本发明的热处理方法可使得铁镍合金在600℃下具有较强的硬度，同时大幅度提高该铁镍合金的韧性，大大的提高了铁镍合金的力学性能，使其可进行较大的范围的应用。

请参阅图1-2所示，热处理步骤中所用的淬火炉包括底座8，底座8设于支架9下端，支架9上端设有下炉盖6，水箱7设于底座8上，且位于下炉盖6与底座8之间，底部支撑液压机构16一端固定于水箱7底部，另一端连接载物台5，载物台5设于下炉盖6上，且穿透下炉盖6，内层密封圈10设于载物台5外侧，侧面加热螺环2通过固定架固定于内炉壁11上，内炉壁11外侧套有外炉壁13，外炉壁13外侧设有液压支撑机构12，液压支撑机构12下端连接下炉盖6，外炉壁13侧面设有炉内温度指示计4以及炉内压强指示计17，内炉壁11下端与内层密封圈10相配合，顶端加热升降台1设于内炉壁11内侧顶端，顶端加热网3设于顶端加热升降台1下端面上，出气管道14以及进气管道15皆设于外炉壁13外侧顶端，且出气管道14以及进气管道15的下端穿透外炉壁13和内炉壁11并伸于内炉壁11内侧。

顶端加热升降台1、液压支撑机构12以及底部支撑液压机构16皆为液压杆液压缸结构。

侧面加热螺环2为弹簧状螺旋加热管道，其管道壁上设有导热鳍片，顶端加热网3为平面螺旋环状加热管道，其管道壁上亦设有导热鳍片。

内层密封圈10与载物台5的连接处以及载物台5与下炉盖6的连接处皆设有密封圈。

内炉壁11与外炉壁13之间填充有隔热棉。

进气管道15上安装有气泵，出气管道14安装有单向阀。

淬火炉的工作原理为：按动开启开关，液压支撑机构12开始伸长，从而反向推动外炉壁13和内炉壁11向上移动，从而使外炉壁13、内炉壁11与下炉盖6分离，此时载物台5凸显出来，将所要进行热处理的材料放入载物台5上，按动关闭开关，此时液压支撑机构12缩短，拉动外炉壁13和内炉壁11向下移动，从而推动外炉壁13、内炉壁11与下炉盖6闭合在一起，此时内炉壁11与内层密封圈10紧密接触，使得内炉壁11内部成为一个密封的空间，此时，按动加热开关，侧面加热螺环2和顶端加热网3开始发热，从而实现对材料加热，此时内炉壁11内部的温度会通过炉内温度指示计4显示出来，以供操作员观察，了解内部温度，同时炉内压强指示计17也会实时显示内炉壁11内部的压强，当压力过大时，可通过出气管道14上的单向阀进行适当降压，避免爆缸。

当需要进行淬火时，则在加热到指定温度时，关闭加热按钮，按动速冷按钮，此时侧面加热螺环2、顶端加热网3停止加热，并且底部支撑液压机构16收缩，带动载物台5下移，使载物台5进入到水箱7中，通过水箱7中的水进行快速冷却，以完成淬火。

当需要进行回火时，按动加热按钮，此时底部支撑液压机构16伸长，使载物台5回到初始位置，即载物台5回到内炉壁11内部，同时侧面加热螺环2、顶端加热网3加热，使材料加热到适当温度，之后按动保温按钮，此时侧面加热螺环2、顶端加热网3温度保持不变，之后按动速冷按钮，此时侧面加热螺环2、顶端加热网3停止加热，并且底部支撑液压机构16收缩，带动载物台5下移，使载物台5进入到水箱7中，通过水箱7中的水进行快速冷却，以完成回火。

通过按动风泵开关，启动风泵，从而向内炉壁11内通入冷空气或者氮气等，使淬火炉能进行风冷从而进行正火和退火操作。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种耐高温合金材料的热处理方法，其特征在于，该热处理方法中所用的淬火炉包括底座（8），所述底座（8）设于支架（9）下端，所述支架（9）上端设有下炉盖（6），水箱（7）设于底座（8）上，且位于下炉盖（6）与底座（8）之间，底部支撑液压机构（16）一端固定于水箱（7）底部，另一端连接载物台（5），所述载物台（5）设于下炉盖（6）上，且穿透下炉盖（6），内层密封圈（10）设于载物台（5）外侧，侧面加热螺环（2）通过固定架固定于内炉壁（11）上，所述内炉壁（11）外侧套有外炉壁（13），所述外炉壁（13）外侧设有液压支撑机构（12），所述液压支撑机构（12）下端连接下炉盖（6），所述外炉壁（13）侧面设有炉内温度指示计（4）以及炉内压强指示计（17），所述内炉壁（11）下端与内层密封圈（10）相配合，顶端加热升降台（1）设于内炉壁（11）内侧顶端，顶端加热网（3）设于顶端加热升降台（1）下端面上，出气管道（14）以及进气管道（15）皆设于外炉壁（13）外侧顶端，且出气管道（14）以及进气管道（15）的下端穿透外炉壁（13）和内炉壁（11）并伸于内炉壁（11）内侧；

所述顶端加热升降台（1）、液压支撑机构（12）以及底部支撑液压机构（16）皆为液压杆液压缸结构；

所述热处理步骤具体如下：

步骤一、将耐高温合金材料放入淬火炉的载物台（5）中，用真空泵连接出气管道（14）将淬火炉内部抽至真空；

步骤二、调节淬火炉温度，使淬火炉温度缓慢上升至970-1000℃；

步骤三、让耐高温合金材料慢慢加热至970-1000℃，保温5-20小时，然后让耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤四、将耐高温合金材料慢慢加热至780-840℃，然后保温5-10小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤五、将耐高温合金材料慢慢加热至700-740℃，然后保温10-50小时，之后使耐高温合金材料缓慢冷却；

步骤六、将耐高温合金材料慢慢加热至600-630℃，然后保温10-50小时；

步骤七、按动开盖开关，液压支撑机构（12）伸长，使内炉壁（11）与外炉壁（13）上升，将耐高温合金材料由淬火炉中取出，放置在空气中，通过喷水，使其慢慢冷却：

步骤八、按动加热开关，液压支撑机构（12）缩短，使内炉壁（11）与外炉壁（13）下降，使耐高温合金材料进入到淬火炉中，之后调节淬火炉温度至1230-1300℃；

步骤九、加热耐高温合金材料，加热5-20小时；

步骤十、按动速冷按钮，此时侧面加热螺环（2）、顶端加热网（3）停止加热，并且底部支撑液压机构（16）收缩，带动载物台（5）下移，使载物台（5）进入到水箱（7）中，通过水箱（7）中的水对耐高温合金材料进行快速冷却；

步骤十一、按动加热按钮，底部支撑液压机构（16）伸长，将冷却后的耐高温合金材料重新放入淬火炉中；

步骤十二、加热温度至1000-1099℃，然后保温5-10小时；

步骤十三、按动速冷按钮，此时侧面加热螺环（2）、顶端加热网（3）停止加热，并且底部支撑液压机构（16）收缩，带动载物台（5）下移，使载物台（5）进入到水箱（7）中，通过水箱（7）中的水对耐高温合金材料进行冷却；

所述步骤三、步骤四以及步骤五的冷却温度，最少要到达300℃；

该热处理材料为铁镍合金，该合金成分按质量百分比分为：0.03%的碳，1%的铝，0.30%的锰，3%的钛，0.30%的硅，33.5%的镍，29%的钴，4.80%的钼以及余量的铁。

2.权利要求1所述的耐高温合金材料的热处理方法，其特征在于，所述侧面加热螺环（2）为弹簧状螺旋加热管道，其管道壁上设有导热鳍片，所述顶端加热网（3）为平面螺旋环状加热管道，其管道壁上亦设有导热鳍片。

3.权利要求1所述的耐高温合金材料的热处理方法，其特征在于，所述内层密封圈（10）与载物台（5）的连接处以及载物台（5）与下炉盖（6）的连接处皆设有密封圈。

4.权利要求1所述的耐高温合金材料的热处理方法，其特征在于，所述内炉壁（11）与外炉壁（13）之间填充有隔热棉。

5.权利要求1所述的耐高温合金材料的热处理方法，其特征在于，所述进气管道（15）上安装有气泵，所述出气管道（14）安装有单向阀。

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