高压气淬炉H36366bar的验收及工艺试验吸收器
发布时间:2023-01-11 20:34:10 来源:德安五金网
高压气淬炉H3636-6bar的验收及工艺试验
高压气淬炉H3636-6bar的验收及工艺试验 2011: 1前言
某公司引进的H3636-6bar型(1bar=105Pa)高压气淬炉不但可进行真空热处理,同时还可进行真空钎焊。其独特之处在于,一是隔热屏均为钼隔热屏,共计7层;二是最高工作温度可达1450℃,可对新型高温合金进行处理;三是采用直插式铠装S型热电偶进行9点测温,不但可保证温度均匀性的要求,而且也可保证测温热电偶的使用寿命;四是由于配备低压启动器,所以该设备既可进行6bar氮气冷却,也可进行6bar氩气的冷却。该设备的详细技术指标如下:
a.极限真空度:~10-6Torr(1Torr=133Pa)
b.泄漏率:≤2×10-3Torr/h
c.抽空速率:抽至1×10-5Torr,≤20min;
抽至5×10-6Torr,≤120min。
d.分压控制:50×10-6Torr,500×10-6Torr,1000×10-6Torr。
e.升温速率:室温→600℃,5℃/min;600℃→1000℃,10℃/min;1000℃→1350℃,20℃/min。
f.最高温度:1600℃
g.炉温均匀性:260℃、400℃为±8℃;538℃、700℃、850℃、1000℃、1150℃、1300℃和1450℃为±5℃。
h.淬透性:φ120mm×360mm的M2钢,在6bar氮气的条件下冷却,硬度为64~62HRC。
i.冷却介质:氮气与氩气均可6bar气淬。
j.最大载荷:680kg
k.工作真空度:1000℃,1×10-5Torr
l.冷速:?φ20mm×100mm的碳钢可以4℃/s的冷速由1100℃冷至550℃。
2高压气淬炉的调试与验收
(1)测试极限真空度经过充分烘炉后,炉膛在冷态、常压状态下,依靠自身的真空机组进行抽真空,其最佳的真空度应可维持在~10-6Torr。
(2)测试泄漏率在极限真空度测试完毕后,立即关阀停泵,利用设备自身的真空计以1h为1个间隔,测定3个真空度值,即可测定泄漏率。按规定泄漏率应≤2×10-3Torr/h。
(3)测试抽空速率经过充分烘炉后,炉膛在冷态、常压状态下,依靠自身的真空机组进行抽空,抽至1×10-5Torr,时间应≤20min;抽至5×10-6Torr,时间应≤120min。
(4)分压控制测定在任何升温状态下,利用回充气体系统对炉膛的负压压强进行控制,以便使负压压强可以稳定地保持在50×10-6Torr、500×10-6Torr、1000×10-6Torr,从而达到分压控制的目的。
(5)升温速率的测试炉膛由室温升至600℃,应以5℃/min的速率升温。由600℃升至1000℃,应以10℃/min的速率升温。由1000℃升至1350℃,应以20℃/min的速率升温。设备应按照此设定程序,正常运行。
(6)最高温度的测定升至1600℃,保温2h。待炉膛冷却后,检查加热元件、隔热屏和连接元件等应完全正常。
(7)炉温均匀性的测定根据AMS2750的要求,对538℃、550℃、600℃、700℃、850℃、1000℃、1150℃、1300℃和1450℃各温度点分别进行炉温均匀性测定。采用9点测温方法,每个温度点保温30min后,连续取5组数据,每一个所测温度点的平均值与设定温度相比较,应满足±5℃。所选用的测温热电偶均为直插式铠装S型热电偶。
(8)淬透性试验φ120mm×360mm的M2钢经1220℃,保温3.5h后,在6bar氮气的条件下充分冷却,再经过560℃×4h第一次回火,560℃×2.5h两次回火后,利用线切割将其一分为二,分割面进行平磨,平磨后由中心向边缘进行硬度测定,硬度值应在64~62HRC的范围内。
(9)测试气体冷却系统炉膛升至1000℃,保温1h后断电,充6bar氩气进行强冷,此时风机应运转正常。
(10)冷速测定试验φ20mm×100mm的碳钢、Rene95和不锈钢试棒各1根,中心插跟综热电偶;φ20mm×100mm的300M钢试棒60根,其中两根中心插跟综热电偶。将其升至1100℃,保温2 h后,充6bar氮气进行强制冷却,前3种试棒应以4℃/s的冷速冷至550℃;而300M钢棒应以3℃/s的冷速冷至550℃,且由550℃冷至260℃,应保证在3min内完成。
(11)工作真空度的测试空炉升温至1000℃,依靠设备自身的真空机组抽真空。1000℃时,炉膛内的真空度应可达到1×10-5Torr。此外,还按合同进行其它方面的检测。3钛合金(TC11)工艺试验
(1)试验用料采用TC11钛合金,其服役时的工作温度为500℃,化学成分见表1。
表1TC11钛合金的化学成分 w(%)
Al Mo Zr Si Ti Fe C N H O 5.8~7.0 2.8~3.8 0.8~2.0 0.20~0.35 余量 ≤0.25 ≤0.10 ≤0.05 ≤0.012 ≤0.15
(2)试验设备及热处理工艺试验在高压气淬炉内进行。950℃×90min,2bar气冷(或炉冷);530℃×400min,2bar气冷。两次时效均在高压气淬炉内进行。
(3)力学性能按上述工艺处理,采用炉冷方式冷却的试验结果如表2所列全部合格。
表2TC11室温力学性能
指标 σb/MPa σ0.2/MPa/ δ5(%) ψ(%) ak/MJ*m-2 试验值技术要求 1064 1030~1250 974.5 ≥930 15.8 ≥9 43.1 ≥30 3.31 ≥0.3
(4)光亮度试验证明,TC11钛合金真空热处理时真空度控制在(1×10-2~1×10-3)Pa范围内,无论之后的冷却是采用2bar高纯氩气冷却,还是采用炉冷方式冷却,均可以保证获得光亮的表面,表面也不会出现α层。其原因分析在于,高压气淬炉的加热元件与隔热屏均采用钼制结构,故炉膛内部的有害气氛(对钛合金而言)极少,所以可以很容易地保证钛合金表面的光亮度。
(5)氢含量5批试验(其中2批采用2bar高纯氩气冷却,3批采用炉冷方式冷却)用惰性气体脉冲谱法进行抽样气体分析,其结果列于表3。表3的数据表明,叶片毛坯化学铣切后进行高温真空退火,使经化学铣切而被氢沾污的叶片的含氢量净化至0.004%左右。这一氢含量远远低于要求,可以确保钛合金成品叶片氢含量不会超过技术要求。真空退火时,真空炉中氢的分压低,又是加热状态,原子的活动能力强,故氢容易从钛中逸出。真空度越高,对合金释放所溶解的气体越有利。但是,采用真空能促使合金表面元素蒸发,影响合金的组织与性能。实践证明,真空度控制在(1.33×10-2~1.33×10-4)Pa的范围是合适的。
表3TC11钛合金叶片毛坯氢含量测量结果w(%)
试验批次 1 2 3 4 5 技术要求 氢 0.0036 0.0038 0.0036 0.0039 0.0046 ≤0.015
注:TC11钛合金叶片毛坯处理前平均氢含量为0.022%。
4结论
(1)高压气淬炉(H3636-6bar)调试验收完毕,可以开展工艺性试验研究;
(2)TC11钛合金采用炉冷方式冷却即可满足技术指标的要求;
(3)真空热处理可以实现无氧化加热,处理后表面光亮;
(4)真空热处理可以除氢,消除合金氢脆;
(5)采用高压气淬炉处理钛合金,可缩短工作周期,保证生产进度。该设备将为该公司新材料的研制、新工艺的探索和新产品的开发发挥巨大的作用。
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