CN109913623A - 一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机 - Google Patents

一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机 Download PDF

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方棋洪
李甲
易明
冯慧
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Abstract

本发明公开了一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机，并提供了装置的使用方法。该装置包括感应加热系统、温度控制系统、冷却系统、数据采集系统。使用方法步骤为(1)在感应线圈中夹装材料试件，设置上端热处理温度Tu，打开感应加热电源，采用感应加热法加热试件。(2)设置下端热处理温度Td，打开水泵，在材料下端喷水冷却，根据红外摄像仪监测的试件梯度温度情况，通过数据反馈电脑自动对加热电流、喷水流量进行反馈控制使试件从上至下达到最佳温度梯度状态。(3)关闭感应加热电源与水泵使材料在空气中冷却得到梯度热处理材料。本发明具有工艺简单，反馈灵活，提高实验效率等优点。

Description

一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机
技术领域
本发明涉及一种梯度热处理装置，具体涉及一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机。
背景技术
热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。固然热处理温度成为了整体热处理工艺中决定材料的相、组织与性能的一个重要因素。目前关于材料组织性能与整体热处理温度相关性的研究方法通常是使用相同组分的合金试样分别在不同温度下进行热处理。此方法有着浪费材料、消耗能源、延长试验周期、温度梯度离散等诸多缺点。
梯度热处理是运用高通量的方法在一个试件上实现从高温到低温的连续温度梯度热处理，这样便可以运用一个试件测试出不同热处理温度对材料组织性能的影响。这不仅提高科研研究效率，降低实验消耗，具有重要的意义。同时通过梯度热处理方法制备的这种在不同位置上组织与性能不同的梯度热处理材料在航空航天、能源、动力等方面具有重大的实用意义，如航空发动机上的连接销、涡轮盘等不同位置性能要求、环境温度不同的部件就能通过使用梯度热处理材料提高机器效率。本专利相比以前提出的一种棒状材料梯度热处理方法，可以实现棒状材料的温度实时测量、并进行热处理反馈。
发明内容
针对上述背景，本发明的目的在于提供一种可大大缩短对不同温度热处理材料的研究时间、降低实验成本、工艺简单的，用于制备梯度热处理材料的梯度热处理装置。
本发明的技术方案是：一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机，该装置包括感应加热系统、温度控制系统、冷却系统和数据采集系统；
所述感应加热系统用于材料加热，主要由感应加热线圈(2)，感应加热电源(1)组成。可根据材料大小更换尺寸大小不同的感应线圈；
所述温度控制系统由温度控制器(9)与流量控制器(5)组成。
所述冷却系统由储水箱(8)和水泵(7)组成，设置在加热感应线圈正下方；
所述数据采集系统由德国欧普士红外摄像仪(4)与数据反馈电脑(6)组成。
本发明还将提供上述装置的使用方法。具体包括以下步骤：
1、在感应线圈中夹装材料试件(3)，通过电脑(6)连接温度控制器(9)设置好试件(3)顶端需要加热到的温度Tu(预设温度范围为100～1300℃)，打开感应加热电源(1)采用感应加热法加热试件(3)到预设顶端温度Tu，保温15～20min。
2、打开水泵(7)初始水流流量为400L/H(流速范围为100L/H～800L/H)，并通过电脑 (6)设置试件下端热处理温度Td，水泵在材料下端喷水冷却但不关闭感应加热电源(1)使其从上至下达到温度梯度状态，全程采用德国欧普士红外摄像仪(4)连接电脑(6)进行实时温度监测并自动进行反馈调节。当测试试件(3)顶端温度Tm＜Tu时温度控制器(9)自动控制加热电源加大感应电流，使顶端温度Tm升高达到Tu；反之当试件(3)顶端温度Tm＞ Tu时温度控制器(9)自动控制加热电源减小感应电流，使棒状Tm减小到Tu。当测试试件(3) 底端温度Tt＜Td时流量控制器(5)自动控制水泵逐渐减小水流流速，使底端温度Tt逐渐升高达到Td；反之当试件(3)底端温度Tt＞Td时流量控制器(5)自动逐渐加大水流流速，使棒状Tt减小到Td。装置通过自动反馈保持顶端温度Tm＝Tu与底端温度TT＝Td 15～20min。
3、关闭感应加热电源(1)与水泵(7)使材料在空气中冷却得到梯度热处理材料。
有益效果
本发明提供了一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机，通过对材料整体感应加热、保温后，对材料下端进行喷水冷却，获得材料由上到下的温度梯度。通过红外摄像仪进行实时温度监测，从而对感应加热功率与喷水强度位置进行调整反馈。
附图说明
图1为本发明的一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机的结构示意图
图2为梯度热处理前高熵合金FeCoCrNiAl0.5C0.05X射线衍射(XRD)图像
图3为梯度热处理后的高熵合金FeCoCrNiAl0.5C0.05电子背散射衍射(EBSD)相图
图中，1-感应加热电源；2-感应加热线圈；3-试件；4-红外摄像仪；5-流量控制器；6-电脑； 7-水泵；8-储水箱；9-温度控制器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对其技术方案作进一步的阐述
如图一所示为本发明的一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机的结构示意图，改一体化样机包括感应加热系统、温度控制系统、冷却系统、数据采集系统；
所述感应加热系统用于材料加热，主要由感应加热线圈(2)，感应加热电源(1)组成。可根据材料大小更换尺寸大小不同的感应线圈；
所述温度控制系统由温度控制器(9)与流量控制器(5)组成。
所述冷却系统由储水箱(8)和水泵(7)组成，设置在加热感应线圈正下方；
所述数据采集系统由德国欧普士红外摄像仪(4)与数据反馈电脑(6)组成。
梯度热处理以前，将感应加热线圈(2)与感应加热电源(1)连接好，在感应线圈中夹装圆柱状铸态FeCoCrNiAl0.5C0.05高熵合金材料试件，通过温度控制器(9)设置好需要加热到的温度Tu＝1100℃，打开感应加热电源(1)采用感应加热法，保温15～20min。
打开水泵(7)通过电脑(6)设置初始水流流量为400L/H(流速范围为100L/H～800L/H)，并通过电脑(6)设置试件下端热处理温度Td＝200℃。水泵在材料下端喷水冷却但不关闭感应加热电源(1)使其从上至下达到温度梯度状态，全程采用德国欧普士红外摄像仪(4)连度接电脑(6)进行实时温度监测并自动进行反馈调节。由于水泵开启摄像仪(4)检测到测试试件(3)顶端温度Tm＝1050℃＜Tu＝1100℃，温度控制器(9)自动控制加热电源加大感应电流，使顶端温度Tm逐渐升高达到Tu；同时检测到试件(3)底端温度Tt＝278℃＞Td＝200℃，流量控制器(5)自动逐渐加大水流流量，使棒状Tt减小到Td。装置通过自动反馈使得顶端温度Tm＝Tu＝1100℃与底端温度TT＝Td＝200℃保持相应感应电流与水流流量15～20min。
关闭感应加热电源(1)与水泵(7)使材料在空气中冷却得到梯度热处理材料。梯度热处理结束。
本实例在对圆柱状铸态FeCoCrNiAl0.5C0.05高熵合金材料进行梯度热处理过程中经德国欧普士红外摄像仪(4)显示形成了良好的温度梯度。
从图二可以看出，热处理前高熵合金FeCoCrNiAl0.5C0.05由FCC相结构组成。
从图三可以看出，经本实施例梯度热处理后高熵合金FeCoCrNiAl0.5C0.05由BCC+FCC双相结构组成，组织的晶粒尺寸细小，且位错密度较大。
此装置选取的加热感应线圈的大小可根据处理的材料的尺寸而变化，通过调节加热电流、水泵喷水流量，最终实现对不同尺寸材料进行梯度热处理的功能。

Claims (5)

1.一种梯度热处理与数据采集、反馈一体化样机，该装置包括感应加热系统、温度控制系统、冷却系统、数据采集系统；
所述感应加热系统用于材料加热，主要由感应加热线圈(2)，感应加热电源(1)组成。所述温度控制系统由温度控制器(9)与流量控制器(5)组成。
所述冷却系统由储水箱(8)和水泵(7)组成，设置在加热感应线圈正下方；
所述数据采集系统由德国欧普士红外摄像仪(4)与数据反馈电脑(6)组成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，可根据材料大小更换尺寸大小不同的感应线圈；
3.根据权利要求1-2任一项所述的装置的使用方法，其特征在于，所述处理方法具体步骤如下：
步骤1：在感应线圈中夹装材料试件(3)，通过电脑(6)连接温度控制器(9)设置好试件(3)顶端需要加热到的温度Tu，打开感应加热电源(1)采用感应加热法加热试件(3)到预设顶端温度Tu，保温15～20min。
步骤2：打开水泵(7)，初始水流流量为400L/H，并通过电脑(6)设置试件下端热处理温度Td，水泵在材料下端喷水冷却但不关闭感应加热电源(1)使其从上至下达到温度梯度状态，全程采用德国欧普士红外摄像仪(4)连接电脑(6)进行实时温度监测并自动进行反馈调节。装置通过自动反馈保持顶端温度Tm＝Tu与底端温度TT＝Td15～20min。
步骤3：关闭感应加热电源(1)与水泵(7)使材料在空气中冷却得到梯度热处理材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所示步骤2中，当测试试件(3)顶端温度Tm＜Tu时温度控制器(9)自动控制加热电源加大感应电流，使顶端温度Tm升高达到Tu；反之当试件(3)顶端温度Tm＞Tu时温度控制器(9)自动控制加热电源减小感应电流，使棒状Tm减小到Tu。当测试试件(3)底端温度Tt＜Td时流量控制器(5)自动控制水泵逐渐减小水流流速，使底端温度Tt逐渐升高达到Td；反之当试件(3)底端温度Tt＞Td时流量控制器(5)自动逐渐加大水流流速，使棒状Tt减小到Td。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于试件顶端预设温度范围为100～1300℃，水泵流量范围为100L/H～800L/H。
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