CN112094995B - 一种金属材料真空快速热处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属材料真空快速热处理设备，包括具有与真空系统连通的真空腔体以及用于金属材料加热的快速加热系统，所述真空系统和快速加热系统采用控制系统控制运行；其中，所述快速加热系统包括正电极和负电极，以及固定在两个电极之间待快速加热的金属材料；同时所述真空腔体分别连接有气体冷却通道和放气阀，所述气体冷却通道用于对完成快速加热后的金属材料进行快速冷却；本发明具有对金属材料的快速精确加热和冷却效果，提高了对金属材料的热处理技术水平。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理设备技术领域，具体涉及一种金属材料真空快速热处理设备。
背景技术
热处理是指将材料加热到预设温度，保温一定时间后，以固定的速率冷却到室温的一种热加工工艺，其中，加热速率、保温时间和冷却速率是热处理工艺中非常重要的三个工艺参数。热处理是材料研发和制备过程中必不可少的一个环节，通过调整工艺参数可以改变材料的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘材料的潜力，延长零件的使用寿命。研究证明，通过对材料进行快速热处理(快速加热或者快速冷却)，可以获得普通加热和冷却速率条件下不会出现的非平衡相，使得材料获得一些特殊的组织或者呈现某些优异的性能。例如，碳钢在普通淬火得到大量的马氏体并呈现出良好的硬度，经过超快速淬火后得到细小的奥氏体组织呈现出优异的综合性能。又如，磁性功能材料钕铁硼在快速热处理条件下晶粒容易长大从而影响其性能，快速热处理后的钕铁硼保留了细小的组织呈现出良好的综合性能。
传统的热处理设备主要是管式炉、马弗炉、箱式炉等，它们的优点是保温温度比较稳定，缺点是能源消耗较大，且加热和冷却速度较慢，无法满足快速热处理的工艺要求。高频感应加热、激光加热和电流加热是近年来发展起来的快速加热新技术，由于其直接通过磁场、电场和光波直接作用于材料本体，因此能源消耗小，加热速度较快，获得了迅速的推广。公开号为CN104498677A的发明专利通过激光加热和红外测温的方式对金属材料进行加热，加热效率非常高，但是由于红外测温过程中材料的发射率是随着温度变化的，因此准确性难以保证。
为此，本申请人希望寻求技术方案对以上技术问题进行改进。
发明内容
本发明提出一种金属材料真空快速热处理设备，具有对金属材料的快速精确加热和冷却效果，提高了对金属材料的热处理技术水平。
本发明采用的技术方案如下：
一种金属材料真空快速热处理设备，包括具有与真空系统连通的真空腔体以及用于金属材料加热的快速加热系统，所述真空系统和快速加热系统采用控制系统控制运行；其中，所述快速加热系统包括正电极和负电极，以及固定在两个电极之间待快速加热的金属材料；同时所述真空腔体分别连接有气体冷却通道和放气阀，所述气体冷却通道用于对完成快速加热后的金属材料进行快速冷却。
优选地，所述正电极和负电极分别采用水冷电极，其下端分别设有冷却水进口和冷却水出口，用于防止金属材料在加热过程中由于电极过热影响真空密封效果。
优选地，所述正电极和负电极分别通过电极接口与所述真空腔体密封安装，且所述正电极和负电极通过电极接线与外部电源通电连接。
优选地，所述金属材料通过固定螺栓分别固定安装在所述正电极和负电极上，所述金属材料上设有用于温度检测的热电偶。
优选地，所述控制系统采用PLC自动编程进行运行控制，通过PID温控调节实现对金属样品加热和冷却速率的精确控制。
优选地，所述控制系统包括由框架和钣金件安装为一体的安装架，所述安装架设有用于地面位移的移动滚轮，同时所述安装架上设有散热孔以及控制操作显示界面。
优选地，所述真空系统采用真空泵以及与控制系统控制连接的电磁阀，所述电磁阀通过真空接口与所述真空腔体连接；同时所述气体冷却通道通过电磁阀门控制通断，通过PID温控调节实现对金属材料的冷却精确控制。
优选地，所述正电极和负电极采用高电流、低电压的加热方式，用于确保金属材料上实现快速加热；
优选地，所述热电偶采用点焊方式与金属材料连接，可确保温度采集的准确性的同时防止在加热过程中热电偶与金属材料连接不稳。本发明涉及的气体冷却通道可以用于注入惰性气体，实现对金属材料的快速冷却。
本发明利用通电电极进行加热，由于金属材料样品的横截面积远远会小于电极的横截面积，因此在电极通电过程中，金属材料样品的单位面积内通过了巨大的电流，从而金属材料样品可以迅速被加热；在冷却的过程中，通过喷吹冷却气体对金属材料样品实现快速冷却效果；在快速加热和冷却过程中全程采用控制系统进行精确控制运行，提高了对金属材料的热处理技术水平。
附图说明
图1是本发明具体实施方式下金属材料真空快速热处理设备的结构示意图；
图2图1的内部结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种金属材料真空快速热处理设备，包括具有与真空系统连通的真空腔体以及用于金属材料加热的快速加热系统，真空系统和快速加热系统采用控制系统控制运行；其中，快速加热系统包括正电极和负电极，以及固定在两个电极之间待快速加热的金属材料；同时真空腔体分别连接有气体冷却通道和放气阀，气体冷却通道用于对完成快速加热后的金属材料进行快速冷却。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参见图1和图2所示，一种金属材料真空快速热处理设备，包括与真空系统连通的真空腔体以及用于金属材料加热的快速加热系统，真空系统和快速加热系统采用控制系统控制运行；其中，快速加热系统包括第一电极41(相当于正电极)和第二电极41(相当于负电极)，以及固定在第一电极41和第二电极41之间待快速加热的金属材料47；同时真空腔体分别连接有气体冷却通道37和放气阀36，气体冷却通道37用于对完成快速加热后的金属材料47进行冷却；
优选地，在本实施方式中，第一电极41和第二电极42分别采用水冷电极，其下端分别设有冷却水进口43和冷却水出口44，用于防止金属材料47在加热过程中由于电极41，42过热影响真空密封效果；优选地，在本实施方式中，第一电极41和第二电极42采用高电流、低电压的加热方式，用于确保金属材料47上实现快速加热；第一电极41和第二电极42采用水冷铜电极；
优选地，在本实施方式中，第一电极41和第二电极42分别通过电极接口38与真空腔体密封安装，且第一电极41和第二电极42通过电极接线42与外部电源通电连接；金属材料47通过固定螺栓45分别固定安装在第一电极41和第二电极41上，金属材料47上设有用于温度检测的热电偶46；具体优选地，在本实施方式中，热电偶46采用点焊方式与金属材料47连接，可确保温度采集的准确性的同时防止在加热过程中热电偶46与金属材料47连接不稳的问题；
优选地，在本实施方式中，控制系统采用PLC自动编程进行运行控制，通过PID温控调节实现对金属样品加热和冷却速率的精确控制；控制系统包括由框架11和钣金件12安装为一体的安装架，安装架设有用于地面位移的移动滚轮14，同时安装架上设有散热孔13以及控制操作显示界面，控制操作显示界面包括提手15、安全开关16、触摸屏17和工作状态指示灯18；
优选地，在本实施方式中，真空系统采用真空泵21以及与控制系统控制连接的电磁阀22，电磁阀22通过真空接口35与真空腔体连接；具体优选地，真空泵21选用大功率的双极旋片泵，可以实现真空腔体的快速抽真空；同时气体冷却通道37通过电磁阀门(图未示出)控制通断，通过PID温控调节实现对金属材料47的冷却精确控制；
优选地，在本实施方式中，真空腔体包括具有真空内腔的炉膛31，炉膛31和炉门32安装连接，其中，金属材料47位于真空内腔内，炉门32上分别设有门把手33和用于观察真空内腔的观察窗34。
本实施例利用通电电极41，42进行加热，由于金属材料47样品的横截面积远远会小于电极41，42的横截面积，因此在电极41，42通电过程中，金属材料47样品的单位面积内通过了巨大的电流，从而金属材料47样品可以迅速被加热；在冷却的过程中，通过气体冷却通道37喷吹冷却气体对金属材料47样品实现快速冷却效果；在快速加热和冷却过程中全程采用控制系统进行精确控制运行，提高了对金属材料47的热处理技术水平。
对于本领域技术人员而言，显然本实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，包括具有真空腔体的真空系统以及用于金属材料加热的快速加热系统，所述真空系统和快速加热系统采用控制系统控制运行；其中，所述快速加热系统包括采用通电加热的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极之间通电连接待快速加热的金属材料；同时所述真空腔体分别连接有气体冷却通道和放气阀，所述气体冷却通道用于对完成快速加热后的金属材料进行冷却；所述第一电极和第二电极分别通过电极接口与所述真空腔体密封安装，且所述第一电极和第二电极通过电极接线与外部电源通电连接；所述真空系统采用真空泵以及与控制系统控制连接的电磁阀，所述电磁阀通过真空接口与所述真空腔体连接；同时所述气体冷却通道通过电磁阀门控制通断，通过PID温控调节实现对金属材料的冷却精确控制。
2.根据权利要求1所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述第一电极和第二电极分别采用水冷电极，其下端分别设有冷却水进口和冷却水出口，用于防止金属材料在加热过程中由于电极过热影响真空密封效果。
3.根据权利要求1所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述金属材料通过材料固定螺栓分别固定安装在所述第一电极和第二电极，所述金属材料上设有用于温度检测的热电偶。
4.根据权利要求1所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述控制系统采用PLC自动编程进行运行控制，通过PID温控调节实现对金属样品加热和冷却速率的精确控制。
5.根据权利要求4所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述控制系统包括由框架和钣金件安装为一体的安装壳体，所述安装壳体底部设有用于地面位移的移动滚轮，同时所述安装壳体上设有散热孔以及控制操作显示界面。
6.根据权利要求1所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述真空腔体包括具有真空内腔的炉膛，所述炉膛和炉门安装连接，其中，所述金属材料位于所述真空内腔内，所述炉门上分别设有门把手和用于观察真空内腔的观察窗。
7.根据权利要求1所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述第一电极和第二电极采用高电流、低电压的加热方式，用于确保金属材料上实现快速加热；所述第一电极和第二电极采用水冷铜电极。
8.根据权利要求3所述的金属材料真空快速热处理设备，其特征在于，所述热电偶采用点焊方式与金属材料连接，可确保温度采集的准确性的同时防止在加热过程中热电偶与金属材料连接不稳。
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