CN114635021A - 一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，属于航空发动机单晶高温合金涡轮叶片制备技术领域。本发明以陶瓷型壳作为吸附剂，把陶瓷型壳放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上，对陶瓷型壳加热升温至一定温度，并保温一段时间后停止加热，进行冷却，从而陶瓷型壳对高温合金叶片真空热处理炉的内表面进行了吸附净化。本发明通过利用陶瓷型壳，进行简单的加热保温操作来清洗净化热处理炉。不仅没有机械操作带来的对热处理炉的机械损伤，而且操作简便容易实施、成本较低。

Description

一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法
技术领域
本发明一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，属于航空发动机单晶高温合金涡轮叶片制备技术领域。
背景技术
涡轮叶片是航空发动机的关键零件之一；同时工作于高温、高应力、高腐蚀环境下，工作环境苛刻。
由于涡轮铸造叶片合金良好的力学性能，热处理贡献巨大。为了获得最大的热处理效果，叶片采用温度较高的固溶处理。在长时间的固溶温度保温下，叶片表面不能发生氧化，因而航空发动机涡轮叶片的热处理通常均需要采用真空热处理。第二相颗粒的弥散强化是高温合金主要强化方式之一，良好弥散效果需要第二相均匀弥散分布，固溶热处理后需要淬火快速冷却。真空热处理炉同时具有高温以及淬火冷却功能，同时叶片表面质量的高要求需要热处理炉中气氛具有高惰性，这几个方面决定了真空热处理炉设备复杂、昂贵，对热处理炉的保护非常重要。
航空发动机对叶片的性能具有较高的要求，相应地叶片的组织结构需要满足技术指标并且晶粒组织是必检的技术项目。涡轮叶片工作于高腐蚀环境下，叶片材料具有良好的耐腐蚀性，晶粒度的检验前的腐蚀显晶操作一般采用强酸腐蚀剂。叶片材料属于金属材料，对溶液中的离子具有强烈的吸附性，腐蚀后表面不可避免地残留有酸性腐蚀剂。高温下，吸附于叶片表面的腐蚀液离子等污染物解吸进入热处理炉的气氛中。气氛与热处理炉的金属加热带和炉壁建立平衡，污染物部分吸附于加热带和炉壁上。观察使用后的热处理炉内，可以看出加热带和炉壁表面有附着物，明显具有残留腐蚀液的痕迹。
附着于加热带和炉壁表面的腐蚀性杂质等污染物，对昂贵的热处理炉设备寿命具有显著的不利影响，尤其是加热带。由于带有表面腐蚀性杂质，加热带老化速度明显加快，同时由于加热带断裂导致的热处理中断的故障率明显增加。本发明通过利用制备叶片的陶瓷型壳或者制备型壳过程中产生的附加工艺型壳材料，进行简单的加热保温操作来净化热处理炉。不仅没有机械操作带来的对热处理炉的机械损伤，而且操作简便、代价低廉。
发明内容
本发明的目的是：
提供一种操作简单、成本低廉的方法，用于净化高温合金叶片真空热处理炉。选用的材料为制备叶片的陶瓷型壳或者在制备陶瓷型壳中所产生的附加工艺型壳块，如下底板等。净化操作就如处理叶片一样进行简单的加热保温即可。
本发明的技术方案：
本发明的净化方法是这样实现的：
第一步：将多孔陶瓷材料，如烧结完成能够用于真空处理的干净的陶瓷型壳，摆放于热处理炉内采用高熔点金属钼制成的架子上。制备陶瓷型壳的陶瓷粉料不限，可以是白刚玉粉料、氧化锆粉或者EC95型壳材料。为了增加净化的效果，放置多个多孔陶瓷材料于高温合金叶片真空热处理炉钼架上，在高温合金叶片真空热处理炉承载范围内，尽可能增大装炉的型壳数量。装炉时，所处理的型壳尽量分散排布。保证具有最大的表面积，进行净化。
第二步：装炉后关闭炉门，抽真空到达要求后送电加热。加热升温至一定高的温度，最好至高温合金叶片真空热处理炉的最高额定工作温度，确保热处理叶片时吸附在加热带和热处理炉内壁的有害杂质在高温下解吸。加热过程中，保持所有真空泵开启，确保最大的真空度，吸附于加热带和炉壁上的杂质充分解吸。
第三步：然后保温30min～60min，使得多孔的陶瓷型壳内充分吸附了杂质。然后停止加热，进行冷却。冷却的方式采用随炉冷却，而不是气淬的冷却方式，避免陶瓷型壳破裂掉渣。冷却到满足热处理炉开炉要求的温度后开炉取出型壳。由于杂质被型壳吸附，从而达到了热处理炉清洗净化的目的。
重复多次第一步到第三步的操作，达到充分清洗净化的目的。
本发明的有益效果是：
本发明通过利用多孔陶瓷材料，进行简单的加热保温操作来清洗净化热处理炉。不仅没有机械操作带来的对热处理炉的机械损伤，而且操作简便，代价低廉。
具体实施方式
一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，采用多孔陶瓷材料作为吸附剂，把多孔陶瓷材料放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上，对多孔陶瓷材料加热升温至一定温度，并保温一段时间后停止加热，进行冷却，从而多孔陶瓷材料对高温合金叶片真空热处理炉的内表面进行了吸附净化。
所述多孔陶瓷材料采用制备高温合金叶片的陶瓷型壳作为吸附剂。
所述多孔陶瓷材料采用白刚玉陶瓷粉料制备陶瓷型壳，或者氧化锆陶瓷粉料制备陶瓷型壳，或者EC95型壳材料制备陶瓷型壳。
陶瓷材料具有高的化学惰性，净化处理过程中不会对热处理炉因为净化材料的原因产生二次污染。陶瓷型壳不仅具有足够的化学稳定性，而且采用分层制备外表面具有多孔性，具有良好的吸附性，净化效果良好。陶瓷粉料经过壳型涂制过程中浆料的粘结以及烧结处理后，已粘结成为结实的大块固体，净化过程中不会出现粉尘污染热处理炉的真空系统。作为高温合金叶片的一个工序，叶片型壳制备过程中会产生大量型壳块体的副产品，这些均可以作为净化用型壳材料，净化过程材料成本低。
用于净化的陶瓷型壳，在涂制和脱蜡后，与正常用于浇注的型壳一起进行高温的焙烧，在节省单独焙烧的成本的同时，型壳在焙烧过程中得到净化和干燥。净化用的陶瓷型壳需要采用新近制备焙烧的壳型，减少粘附灰尘的可能性。
把净化用的陶瓷型壳材料放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上，对其加热升温至高温合金叶片真空热处理炉的最高额定工作温度后，保温45min～60min。
净化处理是利用陶瓷型壳的多孔性，并不涉及尺寸等特性，因而可以采用报废型壳或者制备陶瓷型壳是产生的附加工艺块。为了增加净化的效果，在钼架的额定承重范围内，尽可能增大装炉的型壳数量。装炉时，所处理的型壳尽量分散排布。保证具有最大的表面积，进行净化。
装炉后关闭炉门，抽真空到达要求后送电加热。加热至热处理炉工作状态时的最高温度。温度足够高，确保热处理叶片时吸附在加热带和热处理炉内壁的有害杂质充分解吸，加大净化效果。温度不要高于工作状态时的最高温度，温度越高对真空热处理炉的使用寿命不利。加热过程中，保持所有真空泵开启，确保最大的真空度，吸附于加热带和炉壁上的杂质充分解吸。
到温后保温合适的时间，以30min～60min为宜。时间过长成本增加，并且热处理炉内表面的污染物吸附和解吸到达动态平衡后，延长加热时间并不能增加净化效果。时间过短，污染物没有充分解吸。保温足够长时间后，断电炉冷，取出型壳。由于杂质被型壳吸附，从而达到了热处理炉清洗净化的目的。
重复多次上述的操作，达到充分清洗净化的目的。
实施例1
将所要用到的白刚玉陶瓷粉料制备陶瓷型壳涂制和烧结处理后，放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上。采用报废型壳或者制备陶瓷型壳是产生的附加工艺块。为了增加净化的效果，在钼架的额定承重范围内，尽可能增大装炉的型壳数量。装炉时，所处理的型壳尽量分散排布。保证具有最大的表面积，进行净化。
装炉后关闭炉门，抽真空到达要求后送电加热。加热至热处理炉的最高工作温度。加热过程中，保持所有真空泵开启，确保最大的真空度，吸附于加热带和炉壁上的杂质充分解吸。
到温后保温30min，断电炉冷，取出型壳。由于杂质被型壳吸附，从而达到了热处理炉清洗净化的目的。
重复三次上述净化操作，达到充分清洗净化的目的。
实施例2
将所要用到的氧化锆陶瓷粉料制备陶瓷型壳涂制和烧结处理后，放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上。采用报废型壳或者制备陶瓷型壳是产生的附加工艺块。为了增加净化的效果，在钼架的额定承重范围内，尽可能增大装炉的型壳数量。装炉时，所处理的型壳尽量分散排布。保证具有最大的表面积，进行净化。
装炉后关闭炉门，抽真空到达要求后送电加热。加热至热处理炉的最高工作温度。加热过程中，保持所有真空泵开启，确保最大的真空度，吸附于加热带和炉壁上的杂质充分解吸。
到温后保温60min，断电炉冷，取出型壳。由于杂质被型壳吸附，从而达到了热处理炉清洗净化的目的。
重复三次上述净化操作，达到充分清洗净化的目的。
实施例3
将所要用到的EC95型壳材料制备陶瓷型壳涂制和烧结处理后，放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上。采用报废型壳或者制备陶瓷型壳是产生的附加工艺块。为了增加净化的效果，在钼架的额定承重范围内，尽可能增大装炉的型壳数量。装炉时，所处理的型壳尽量分散排布。保证具有最大的表面积，进行净化。
装炉后关闭炉门，抽真空到达要求后送电加热。加热至热处理炉的最高工作温度。加热过程中，保持所有真空泵开启，确保最大的真空度，吸附于加热带和炉壁上的杂质充分解吸。
到温后保温45min，断电炉冷，取出型壳。由于杂质被型壳吸附，从而达到了热处理炉清洗净化的目的。
重复三次上述净化操作，达到充分清洗净化的目的。

Claims (10)

1.一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：本方法采用多孔陶瓷材料作为吸附剂，把多孔陶瓷材料放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上，对多孔陶瓷材料加热升温至一定温度，并保温一段时间后停止加热进行冷却，在对多孔陶瓷材料热处理的过程中，热处理炉内部表面附着的污染物被陶瓷材料吸附，从而实现对高温合金叶片真空热处理炉内表面进的净化。
2.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：所述多孔陶瓷材料采用制备高温合金叶片的陶瓷型壳作为吸附剂。
3.如权利要求2所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：所述多孔陶瓷材料采用白刚玉陶瓷粉料制备陶瓷型壳。
4.如权利要求2所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：所述多孔陶瓷材料采用氧化锆陶瓷粉料制备陶瓷型壳。
5.如权利要求2所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：所述多孔陶瓷材料采用EC95型壳材料制备陶瓷型壳。
6.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：把陶瓷型壳放置于高温合金叶片真空热处理炉内的钼架上，对其加热升温至高温合金叶片真空热处理炉的最高额定工作温度后，保温30min～60min。
7.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：对多孔陶瓷材料冷却采用随炉冷却方式。
8.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：对多孔陶瓷材料加热升温至高温合金叶片真空热处理炉的最高额定工作温度。
9.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：在高温合金叶片真空热处理炉承载范围内，放置多个陶瓷型壳于高温合金叶片真空热处理炉钼架上。
10.如权利要求1所述的一种净化高温合金叶片真空热处理炉的方法，其特征在于：重复多次操作进行净化处理，增加热处理炉的洁净度。
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