本發明涉及一種金屬材料高溫真空退火爐，屬金屬材料高溫真空退火組織結構演變研究及特征分析領域。
背景技術：
材料的組織退化而造成的性能損傷是航空航天、火電、核電等領域關鍵高溫部件長時服役過程中的主要失效形式，因此進行該領域高溫部件用金屬材料服役溫度下的長時組織演變規律研究對材料研發、部件性能評價和壽命評估等有著重要意義。
航空航天、火電、核電等領域高溫結構用高溫合金等金屬材料在高溫空氣環境中會發生氧化，高溫氧化會影響材料內部的組織結構狀態，縮短構件的使用壽命，因此，此類結構一般都是帶涂層工作的。材料研究過程中，為反映該類材料服役環境下的真實結構信息，高溫長時組織結構演變研究需要在真空環境下進行；此外，材料服役溫度下的長時組織演變規律研究過程中需要進行不同溫度不同時間條件下的大量高溫退火試驗，并要求退火完成后的冷卻過程中盡量保持材料高溫退火狀態下的原始組織結構特征。因此，高溫退火爐必須滿足以下條件：（1）退火爐爐腔為真空狀態；（2）同一溫度不同時間批次的樣品一起進行，需要考慮退火過程中的中途取樣問題；（3）樣品退火完成后需要采用快速冷卻處理，以保留退火態的組織結構特征。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提出一種金屬材料高溫真空退火爐，可實現真空退火、中途取樣、快速冷卻。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
一種金屬材料高溫真空退火爐，所述金屬材料高溫真空退火爐包括：主真空艙組件、真空預抽室組件、抽真空組件和第一插板閥，所述主真空艙組件與所述真空預抽室組件之間設置所述第一插板閥，所述抽真空組件分別與所述主真空艙組件和所述真空預抽室組件連接。
進一步的，所述主真空艙組件包括：爐殼體、主真空室艙門、石英觀察窗、隔熱屏、爐芯和退火樣品臺，所述爐殼體為圓柱形結構，爐殼體一端設置主真空室艙門，所述主真空室艙門用于密封爐殼體，所述爐殼體另一端與所述第一插板閥一端連接，所述爐殼體內的中心部分為爐芯，爐芯為鉬板條加熱體圍成的圓柱形空心結構，爐芯外側包裹多層隔熱屏，所述爐芯內設置退火樣品臺。
進一步的，所述真空預抽室組件包括：預抽室、預抽室艙門、低溫氣體噴嘴、預抽室樣品座和機械手，所述預抽室艙門設置于所述預抽室的側壁上，所述預抽室一端與所述第一插板閥另一端連接，所述預抽室另一端采用法蘭密封，法蘭中部設有通孔，所述機械手一端與通孔配合保證密封并穿過通孔置于預抽室內部，所述預抽室內設置預抽室樣品座，所述低溫氣體噴嘴一端設置于預抽室內，另一端設置于預抽室外側，與低溫氣源密封連接。
進一步的，所述抽真空組件包括：第一真空規、第二插板閥、分子泵、第一電磁閥、第二真空規、機械泵、波紋管和第二電磁閥，所述第二插板閥一端通過管路與所述爐殼體連接，所述第二插板閥與所述爐殼體連接的管路上設置第一真空規，所述第二插板閥另一端與分子泵一端連接，所述分子泵另一端與所述第一電磁閥一端連接；所述第二電磁閥一端與所述預抽室連接，所述第二電磁閥另一端通過波紋管及一三通閥分別連接所述機械泵和第一電磁閥另一端，所述三通閥上設置第二真空規。
進一步的，所述第一真空規為高真空規。
進一步的，所述第二真空規為低真空規。
本發明的有益效果在于，退火爐采用鉬板加熱方式并設計有主真空艙和真空預抽室，可實現金屬材料不高于1400℃不同退火時間的分批次取樣要求，此外，真空預抽室樣品座上方設計有低溫氣體噴嘴，金屬材料退火后移動至預抽室后可從氣體噴嘴向樣品上噴射低溫氣體，加速退火樣品的冷卻，保質金屬材料原始的退火組織結構特征。
附圖說明
圖1金屬材料高溫真空退火爐結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。
相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
如圖1所示，一種金屬材料高溫真空退火爐，所述金屬材料高溫真空退火爐包括：主真空艙組件1、真空預抽室組件2、抽真空組件3和第一插板閥4，所述主真空艙組件1與所述真空預抽室組件2之間設置所述第一插板閥4，所述抽真空組件3分別與所述主真空艙組件1和所述真空預抽室組2連接。
所述主真空艙組件1包括：爐殼體11、主真空室艙門12、石英觀察窗13、隔熱屏14、爐芯15和退火樣品臺16，所述爐殼體11為圓柱形結構，一端設置主真空室艙門12，所述主真空室艙門12用于密封爐殼體11，所述爐殼體11另一端與所述第一插板閥4一端連接，所述爐殼體11內的中心部分為爐芯15，爐芯15為鉬板條加熱體圍成的圓柱形空心結構，爐芯15外側包裹多層隔熱屏14，所述爐芯15內設置退火樣品臺16，所述爐殼體11設有夾層，并設有冷卻水入口與冷卻水出口，退火爐采用鉬板加熱方式，可實現金屬材料不高于1400℃的退火溫度。
所述真空預抽室組件2包括：預抽室21、預抽室艙門22、低溫氣體噴嘴23、預抽室樣品座24和機械手25，所述預抽室艙門22設置于所述預抽室21的側壁上，所述預抽室21一端與所述第一插板閥4另一端連接，所述預抽室21另一端采用法蘭密封，法蘭中部設有通孔，所述機械手25一端與通孔配合保證密封并穿過通孔置于預抽室21內部，所述預抽室21內設置預抽室樣品座24，所述低溫氣體噴嘴23一端設置于預抽室21內，另一端設置于預抽室21外側，與低溫氣源密封連接。
所述抽真空組件3包括：第一真空規31、第二插板閥32、分子泵33、第一電磁閥34、第二真空規35、機械泵36、波紋管37和第二電磁閥38。所述第二插板閥32一端通過管路與所述爐殼體11連接，所述第二插板閥32所述爐殼體11連接的管路上設置第一真空規31，所述第二插板閥32另一端與分子泵33一端連接，所述分子泵33另一端與所述第一電磁閥34一端連接；所述第二電磁閥38一端與所述預抽室21連接，所述第二電磁閥38另一端通過波紋管37及一三通閥分別連接所述機械泵36和第一電磁閥34另一端，所述三通閥上設置第二真空規35，所述第一真空規31為高真空規，所述第二真空規35為低真空規，所述低溫氣體噴嘴23可向預抽室21內的樣品座噴射低溫氣體，快速冷卻退火后的金屬材料樣品，保持其原始的退火態組織結構特征。
主真空室為金屬材料高溫退火試驗區，與分子泵組成的高真空系統連接，保證金屬材料退火過程中的真空度要求。真空預抽室為金屬材料退火后的冷卻區，與機械泵組成的低真空系統連接，保證金屬材料退火完成后主真空艙和真空預抽室之間插板閥的開啟，實現金屬材料退火樣品的分時間批次取樣。
金屬材料高溫真空爐的工作原理和工作過程如下：
①金屬材料退火樣品準備完成后，打開高溫真空退火爐一側的主真空艙門，將退火樣品放置于爐芯均熱區內的樣品臺上，開啟主真空艙高真空系統。
②待主真空艙達到退火要求的真空度后，啟動鉬板加熱系統，主真空艙內溫度達到目標退火溫度并穩定后開始計時，同時開啟真空預抽室低真空系統。
③當第一時間批次退火樣品達到退火時間后打開主真空艙和真空預抽室之間的第一插板閥，利用機械手將第一時間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動至預抽室內的樣品座上，快速關閉第一插板閥，同時利用預抽室內的樣品座上方的低溫氣體噴嘴向樣品座噴入低溫氣體，快速冷卻退火后的樣品，以保留其原始的退火后組織結構特征。
④以此類推，直至最后時間批次的退火樣品完成退火并快速冷卻即可。
實施例1：將需要進行1000℃,50小時、100小時、500小時、10000小時退火處理鑄態鈷基高溫合金錠切割出4個20×20×20mm方形試樣，磨掉表面切割劃痕并清洗干凈備用。打開高溫真空退火爐左側的主真空艙門，將4個鈷基合金退火樣品依次放入主真空艙內的樣品座上，關閉主真空艙門并啟動主真空艙高真空系統。待主真空艙內的真空度達到1×10-3pa時，啟動主真空艙鉬板加熱系統，并設定目標退火溫度為1000℃。當主真空艙內的溫度達到1000℃并穩定后開始計時，同時開啟真空預抽室低真空系統。退火時間到達50小時時，打開主真空艙和真空預抽室之間的第一插板閥，同時利用機械手將第一時間批次樣品從主真空艙爐芯處的樣品座移動至預抽室內的樣品座上，快速關閉第一插板閥，利用預抽室內的樣品座上方的低溫氣體噴嘴向樣品座噴入低溫氣體，快速冷卻退火后的樣品。以此類推，依次完成100小時、500小時、10000小時三次退火樣品的取樣和冷卻。
從實施例可以看出，高溫真空退火爐可完成金屬材料同一退火溫度不同時間批次下退火處理，并且能夠在金屬材料退火完成后實現樣品的快速冷卻，保持其原始的退火組織結構特征。