CN113957363A - 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置 - Google Patents

大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113957363A
CN113957363A CN202111152315.4A CN202111152315A CN113957363A CN 113957363 A CN113957363 A CN 113957363A CN 202111152315 A CN202111152315 A CN 202111152315A CN 113957363 A CN113957363 A CN 113957363A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wire
quartz tube
nichrome
strain
continuous annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111152315.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113957363B (zh
Inventor
周秀文
朱晔
刘旭东
李恺
吴卫东
罗炳池
李文琦
牛高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN202111152315.4A priority Critical patent/CN113957363B/zh
Publication of CN113957363A publication Critical patent/CN113957363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113957363B publication Critical patent/CN113957363B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，包括设置在前端的放丝系统、设置在后端的收丝系统、以及设置在放丝系统和收丝系统之间的控温系统，控温系统包括石英管、设置在石英管外部的加热圈、设置在加热圈外部的隔热层，放丝系统和收丝系统相配合以使拉拔态超细NiCr合金丝从石英管内匀速通过，石英管的前端设置有与石英管呈45°的第一气体入口、与石英管呈225°的第二气体入口，第一气体入口、第二气体入口分别通入氮气以使石英管内形成对称分布的有效退火温度场。本发明不但可以实现大应变拉拔态NiCr合金丝塑性变形性能恢复，而且可以有效改善热处理区域温度分布均匀性问题及解决合金丝退火过程中的表面氧化问题。

Description

大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置
技术领域
本发明属于Z箍缩驱动惯性约束聚变(ICF)技术领域。
技术背景
在Z箍缩驱动惯性约束聚变(ICF)技术中，丝阵负载可以较好实现等离子体的初始构型。其中，中低Z元素丝阵产生的K壳层辐射可用于诊断箍缩过程的离子和电子温度。根据脉冲功率装置的驱动电流大小，需要研制不同直径(10μm~15μm)的超细Ni80Cr20合金(NiCr)丝以获得Ni和Cr的K壳层谱线。冷拉拔塑性变形是制备超细金属丝材的主要技术，通过多道次的减径和退火工艺逐步减径到目标直径。在实验室条件下，进行NiCr合金丝塑性变形技术研究，不仅可以满足Z箍缩K壳层辐射研究需求，而且可以提升国内直径10μm~15μm(在接近冷拉拔下限)的超细丝材拉拔制备能力。
在实验室条件下，采用传统的氢气气氛进行NiCr合金丝连续退火处理存在以下弱点：一是安全隐患较大，需要将氢气全部收集，然后统一排放并燃烧处理，如有泄露容易产生爆炸；二是需要可使用氢气的特殊场所，一般的实验室存在多设备、多工艺共用的情况；三是使用不方便，实验室研究过程不同于工业连续生产过程，实验研究过程中需要随时启停热处理装置以研究不同工艺参数影响，连续氢气气氛退火处理更适合大规模连续生产。
在工业化生产中，多模冷拉拔技术制备的超细金属丝材的直径一般在25μm以上，需要在每道次多模拉拔后在氢气气氛条件下进行退火处理以恢复拉拔态丝材的塑性变形性能。如何实现接近冷拉拔塑性变形极限的塑性变形，除穿模技术和减径策略设计之外，拉拔态丝材的塑性变形能力恢复工艺尤为重要。
发明内容
为了解决大应变拉拔态NiCr合金丝塑性变形性能的问题，本发明提供一种大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置。
本发明提供了一种大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，包括设置在前端的放丝系统、设置在后端的收丝系统、以及设置在所述的放丝系统和收丝系统之间的控温系统，所述的控温系统包括石英管、设置在所述的石英管外部的加热圈、设置在所述的加热圈外部的隔热层，所述的放丝系统和收丝系统相配合以使拉拔态超细NiCr合金丝从所述的石英管内匀速通过，所述的石英管的前端设置有与所述的石英管呈45°的第一气体入口、与所述的石英管呈225°的第二气体入口，所述的第一气体入口、第二气体入口分别通入氮气以使所述的石英管内形成对称分布的有效退火温度场。
优选的，所述的放丝系统包括放线轮、第一导向轮，所述的放线轮的线盘上设置有拉拔态超细NiCr合金丝。
优选的，所述的收丝系统包括第二导向轮、收丝轮，所述的拉拔态超细NiCr合金丝绕设在所述的收丝轮的线盘上。
优选的，所述的第二导向轮、收丝轮之间设置有张力调节轮，所述的张力调节轮的张力调节范围为0~7g。
优选的，所述的隔热层的外部设置有不锈钢外壳。
优选的，热处理温度为850℃至930℃，预热半小时。
优选的，所述的第一气体入口、第二气体入口的氮气流量为1L/min。
优选的，所述的石英管的有效加热长度为55cm。
优选的，所述的放丝系统、收丝系统配合的收丝速度为30转/min。
优选的，所述的张力调节轮的收丝张力为1g。
本发明不但可以实现大应变拉拔态NiCr合金丝塑性变形性能恢复，而且可以有效改善热处理区域温度分布均匀性问题及解决合金丝退火过程中的表面氧化问题。
附图说明
图1为本发明的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置的示意图；
图2为石英管内不同氮气流量下的有效退火温度场的温度场分布情况。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1所示，图1为本发明的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置的示意图，该装置包括设置在前端的放丝系统、设置在后端的收丝系统、以及设置在放丝系统和收丝系统之间的控温系统。
控温系统包括石英管6、设置在石英管6外部的加热圈7、设置在加热圈7外部的隔热层12、设置在隔热层12的外部的不锈钢外壳13，加热线圈7外面包裹的隔热层12对石英管中的温度场进行保温，不锈钢外壳13对保温层12进行约束和保护。
放丝系统包括设置在连续退火装置面板1上的放线轮2、第一导向轮4，收丝系统包括第二导向轮5、收丝轮9，第二导向轮5、收丝轮9之间设置有张力调节轮8，张力调节轮8的张力调节范围为0~7g。放线轮2的线盘上设置有拉拔态超细NiCr合金丝3，拉拔态超细NiCr合金丝3从放线轮2上引出，经过第一导向轮4和第二导向轮5沿两端开口管式石英管6的轴心匀速通过由加热线圈7加热形成的高温区域，退火处理后的拉拔态超细NiCr合金丝3经张力调节轮8导向后绕设在收丝轮9的线盘上。
放丝系统和收丝系统相配合以使拉拔态超细NiCr合金丝3从石英管6内匀速通过，石英管6的前端设置有与石英管6呈45°的第一气体入口10、以及与石英管6呈225°的第二气体入口11，第一气体入口10、第二气体入口11分别通入氮气，以避免NiCr合金丝在高温热处理过程中的表面氧化，并使石英管6内形成对称分布的有效退火温度场。
实施例1
通电并设置热处理温度为850℃，从第一气体入口10、第二气体入口11分别向石英管6中通入高纯氮气，流量分别约为0L/min、1L/min和2L/min，预热半小时。采用热电偶进行石英管6内温度的测量，石英管6的有效加热长度为55cm，测量点从有效加热区域超细丝入口处开始测量，间隔距离为5cm，共测试12点温度，测量结果如图2所示。当从45°和225°的两个气体注入口通入约1L/min的高纯氮气时，可以隔绝空气构建出对称的且稳态的温度场。该温度场相对于未通保护气体（0L/min）情况下的温度场没有明显的温度差异，达到设计值的温度区间大约为距入口端25cm~30cm区域。当高纯氮气流量增加到2L/min，石英管6内温度呈不对称分布，出口端温度明显增加，从140℃增加到324℃，带来超细NiCr合金丝氧化的风险。
实施例2
通电并设置热处理温度为930℃及收丝张力为1g，从第一气体入口10、第二气体入口11分别向石英管6中通入高纯氮气，流量约为1L/min，预热半小时。将绕有直径约21.14μm的拉拔态NiCr合金丝(应变量约为46.6%)的金属线盘卡入放线轮2上，牵引NiCr合金丝3经过导向轮4从垂直方向变为水平方向，用穿丝工具将NiCr合金丝穿过石英管6，经过导向轮5和张力调节轮8变向后，将NiCr合金丝粘在收丝轮9上的线盘上。驱动收放丝系统控制收丝速度为30转/min(在石英管6内的停留时间约为7.3s)，得到退火态的NiCr合金丝。
应力-应变测试分析表明，退火态NiCr合金丝样品延伸率恢复到16.8%，接近直径约25.60μm的NiCr合金原料丝的延伸率约17.2%，并实现了再次的大应变塑性变形拉拔。退火态NiCr合金丝表面没有明显的裂纹和颗粒状物质。采用Ar+离子刻蚀退火态NiCr合金丝进行刻蚀(0~64min)并XPS分析，可以观察到Ni和Cr的不同化学态的特征峰，无法分离出NiO和Cr2O3。可见，采用超细NiCr合金单丝连续退火方法及装置在无氢气保护情况下可以实现拉拔态NiCr合金丝塑性变形性能恢复，而且可以有效改善热处理区域温度分布均匀性问题及解决合金丝退火过程中的表面氧化问题。
实施例3
将实施例2退火后的NiCr合金丝拉拔减径，通电并设置热处理温度为930℃及收丝张力为1g，从第一气体入口10、第二气体入口11分别向石英管6中通入高纯氮气，流量约为1L/min，预热半小时。将绕有直径约14.91μm的拉拔态NiCr合金丝(应变量约为40.3%)的金属线盘卡入放线轮2上，牵引NiCr合金丝3经过导向轮4从垂直方向变为水平方向，用穿丝工具将NiCr合金丝穿过石英管6，经过导向轮5和张力调节轮8变向后，将NiCr合金丝粘在收丝轮9上的线盘上。驱动收放丝系统，控制收丝速度为30转/min(在石英管6内的停留时间约为7.3s)，得到退火态的NiCr合金丝。应力-应变测试分析表明，退火态NiCr合金丝样品延伸率恢复到8.8%，随着NiCr合金丝直径的急剧减小(拉拔道次的增加)，合金丝的累计缺陷(微裂纹和夹杂)增多，会导致合金丝的力学性能下降(延伸率下降)。
本发明不但可以实现大应变拉拔态NiCr合金丝塑性变形性能恢复，而且可以有效改善热处理区域温度分布均匀性问题及解决合金丝退火过程中的表面氧化问题，而以上效果主要是基于：
1、单丝连续退火装置的稳态温度场构建技术
在连续退火装置的石英管进超细NiCr合金丝端，设计了与石英管夹角分别为45°和225°的两个气体注入口。在相同的惰性气体流量情况下，夹角为45°注入口注入的惰性气体可以实现石英管进合金丝端外部空气与石英管内部惰性气氛隔离，225°注入口注入的惰性气体可以排尽石英管内的空气并实现石英管内的惰性气氛正压。该方法使石英管6内的有效退火区域温度场呈对称分布、退火温度实现精确控制、石英管6出丝端温升变化不明显，降低超细NiCr合金丝的二次氧化风险。
2、高纯氮气替代高纯氢气的单丝连续退火技术
在工业化生产中，NiCr合金丝在每道次多模拉拔后在氢气气氛下进行退火处理以恢复超细合金丝的塑性变形性能。将单丝连续退火装置通电，设置合适的热处理温度及收丝张力，从两个惰性气体入口10和11分别向石英管6中通入合适流量的高纯氮气，预热半小时。将绕有拉拔态NiCr合金丝的金属线盘卡入放线轮2上，牵引NiCr合金丝3经过导向轮4从垂直方向变为水平方向，用穿丝工具将NiCr合金丝穿过石英管6，经过导向轮5和张力控制器8变向后，将NiCr合金丝粘在收丝轮9上的线盘上。
驱动收丝系统和放丝系统，控制合适的收丝速度 (即控制超细丝在石英管6内的停留时间)，得到退火态的NiCr合金丝。退火态的NiCr合金丝延伸率恢复到接近原料丝的延伸率，证明采用高纯氮气替代高纯氢气的单丝连续退火技术可行。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，包括设置在前端的放丝系统、设置在后端的收丝系统、以及设置在所述的放丝系统和收丝系统之间的控温系统，其特征在于：所述的控温系统包括石英管（6）、设置在所述的石英管（6）外部的加热圈（7）、设置在所述的加热圈（7）外部的隔热层（12），所述的放丝系统和收丝系统相配合以使拉拔态超细NiCr合金丝（3）从所述的石英管（6）内匀速通过，所述的石英管（6）的前端设置有与所述的石英管（6）呈45°的第一气体入口（10）、与所述的石英管（6）呈225°的第二气体入口（11），所述的第一气体入口（10）、第二气体入口（11）分别通入氮气以使所述的石英管（6）内形成对称分布的有效退火温度场。
2.根据权利要求1所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的放丝系统包括放线轮（2）、第一导向轮（4），所述的放线轮（2）的线盘上设置有拉拔态超细NiCr合金丝（3）。
3.根据权利要求1所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的收丝系统包括第二导向轮（5）、收丝轮（9），所述的拉拔态超细NiCr合金丝（3）绕设在所述的收丝轮（9）的线盘上。
4.根据权利要求3所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的第二导向轮（5）、收丝轮（9）之间设置有张力调节轮（8），所述的张力调节轮（8）的张力调节范围为0~7g。
5.根据权利要求1所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的隔热层（12）的外部设置有不锈钢外壳（13）。
6.根据权利要求1所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：热处理温度为850℃至930℃，预热半小时。
7.根据权利要求6所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的第一气体入口（10）、第二气体入口（11）的氮气流量为1L/min。
8.根据权利要求7所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的石英管（6）的有效加热长度为55cm。
9.根据权利要求8所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的放丝系统、收丝系统配合的收丝速度为30转/min。
10.根据权利要求9所述的大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置，其特征在于：所述的张力调节轮（8）的收丝张力为1g。
CN202111152315.4A 2021-09-29 2021-09-29 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置 Active CN113957363B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111152315.4A CN113957363B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111152315.4A CN113957363B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113957363A true CN113957363A (zh) 2022-01-21
CN113957363B CN113957363B (zh) 2022-10-18

Family

ID=79463220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111152315.4A Active CN113957363B (zh) 2021-09-29 2021-09-29 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113957363B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923529A (en) * 1987-10-22 1990-05-08 Tungsram Reszvenytarsasag Equipment for continuous heat treatment of tungsten filaments wound on molybdenum cores
CN102534153A (zh) * 2011-04-20 2012-07-04 泰州杰利瑞节能科技发展有限公司 一种超音频电磁感应加热拉丝退火炉
CN203683610U (zh) * 2013-12-27 2014-07-02 上海派特贵金属环保科技有限公司 贵金属催化网退火装置
CN104060077A (zh) * 2013-09-18 2014-09-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种退火处理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4923529A (en) * 1987-10-22 1990-05-08 Tungsram Reszvenytarsasag Equipment for continuous heat treatment of tungsten filaments wound on molybdenum cores
CN102534153A (zh) * 2011-04-20 2012-07-04 泰州杰利瑞节能科技发展有限公司 一种超音频电磁感应加热拉丝退火炉
CN104060077A (zh) * 2013-09-18 2014-09-24 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种退火处理装置
CN203683610U (zh) * 2013-12-27 2014-07-02 上海派特贵金属环保科技有限公司 贵金属催化网退火装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113957363B (zh) 2022-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2365117B1 (en) Apparatus and method for formation and collection of nanofibrous non-woven sheet
EP3227231B1 (en) Method for the production of carbon nanotube structures
CA2742706C (en) Exploitation of deformation mechanisms for industrial usage in thin product forms
CN113957363B (zh) 大应变镍铬合金超细丝单丝连续退火装置
US20170101697A1 (en) Magnetic wire heat treatment apparatus and magnetic wire heat treatment method
CN113531387A (zh) 一种感应加热固态储氢放氢系统和储氢放氢方法
CN104772361A (zh) 一种非晶合金纤维的制备方法及实现该制备方法的设备
CN209974843U (zh) 一种纳米晶合金带材的热处理设备
WO2024078162A1 (zh) 一种殷钢线热处理设备和方法
CN111876692A (zh) 一种低膨胀合金线材及其制备方法
CN106034403B (zh) 通过连续冷却热处理轮胎的钢增强元件的方法
CN114015957B (zh) 一种丝状卷材、纳米晶金属丝及其制作方法和设备
CN106029920B (zh) 用于热处理轮胎的钢增强元件的方法
CN104344719A (zh) 一种连续式陶瓷纤维的烧结设备
US20190315069A1 (en) Thermal Joining of Plastic Objects by Means of Heating Means Having Low Curie Temperature
CN111155181B (zh) 一种纤维的热增强设备以及热处理方法
CN210936482U (zh) 金属镀膜碳纳米管纤维用拉拔装置
CN107099698B (zh) 一种超高强度Ni-Mn-Ga-Hf记忆合金的制备方法
CN108130412A (zh) 一种低温快速加热提高电沉积铁基合金箔材料磁性能的方法
CN112553453A (zh) 一种冷却速率可控的钛合金丝材在线退火方法及装置
Morgan et al. Continuous melt processing of Bi-2212/Ag dip coated tapes
CN104263899A (zh) 一种细钢丝正火工艺及装置
CN112899610A (zh) 锆及锆合金渗氢装置
CN113857443A (zh) 一种铜或铜合金超微丝上引设备及上引生产工艺
CN102392183A (zh) 生产含铌微合金钢的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant