高压气淬炉H3636-6bar的验收及工艺试验自吸泵

　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6ba白山r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&t宜都imes;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，硬度为施胶剂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(%)

AlMoZrSiTiFeCNHO5.8～7.02.8～3.80.8～2.00.20～0.35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／MPaσ0.2／MPa／δ5（％）ψ（％）ak／MJ*m－2试验值技术要求1064 1030～1250974.5 ≥93015.8 ≥943.1 ≥303.31 ≥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12345技术要求氢0.00360.00380.00360.00390.0046≤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。