本發(fā)明屬于梯度結(jié)構(gòu)材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

功能梯度材料(簡(jiǎn)稱FGM)，是指材料的組成和結(jié)構(gòu)沿梯度方向由一側(cè)向另一側(cè)連續(xù)地變化，并使材料的功能和性質(zhì)也呈現(xiàn)梯度變化的一種新型功能性材料，而梯度結(jié)構(gòu)材料就屬于一種功能梯度材料，如圖1所示。

目前，梯度結(jié)構(gòu)材料的制備方式包括粉末冶金法、等離子噴涂法、氣相沉積法、自蔓延燃燒高溫合成法及激光增材制造法等，以激光增材制造法制備梯度結(jié)構(gòu)材料為例，能夠使梯度結(jié)構(gòu)材料的兩側(cè)不同金屬材料實(shí)現(xiàn)無縫連接且均勻過渡，并且中間過渡區(qū)的材料組成、結(jié)構(gòu)、功能及性質(zhì)都呈現(xiàn)梯度變化，進(jìn)而使梯度結(jié)構(gòu)材料具有良好的綜合性能。

但是，由于激光增材制造過程中存在高局部熱量輸入及快速熔凝的特性，會(huì)造成梯度結(jié)構(gòu)材料內(nèi)應(yīng)力過大的問題，因此需要對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以去除?nèi)應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并最終改善梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能。

現(xiàn)階段還沒有一種專門用于梯度結(jié)構(gòu)材料的熱處理設(shè)備，而現(xiàn)有的熱處理設(shè)備只能滿足梯度結(jié)構(gòu)材料的單一溫度區(qū)間熱處理，但由于梯度結(jié)構(gòu)材料的兩側(cè)材料不同，且不同材料的熱處理溫度區(qū)間也存在差異，若將梯度結(jié)構(gòu)材料在單一溫度區(qū)間整體進(jìn)行熱處理，會(huì)出現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能無法達(dá)標(biāo)的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置及方法，能夠滿足梯度結(jié)構(gòu)材料不同區(qū)域在不同溫度區(qū)間下進(jìn)行熱處理，使梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能順利達(dá)標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置，包括箱體、第一電感線圈、第二電感線圈、第三電感線圈、第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源、第三感應(yīng)電源及溫度控制器；所述箱體用于放置梯度結(jié)構(gòu)材料，所述第一電感線圈纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)上，第一電感線圈與第一感應(yīng)電源相連接；所述第二電感線圈纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)上，第二電感線圈與第二感應(yīng)電源相連接；所述第三電感線圈纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)上，第三電感線圈與第三感應(yīng)電源相連接；所述第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源及第三感應(yīng)電源同時(shí)與溫度控制器相連接。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)外側(cè)均布設(shè)有若干第一環(huán)狀冷卻噴氣管，在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)外側(cè)均布設(shè)有若干第二環(huán)狀冷卻噴氣管，在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)外側(cè)均布設(shè)有若干第三環(huán)狀冷卻噴氣管，在所述第一環(huán)狀冷卻噴氣管、第二環(huán)狀冷卻噴氣管及第三環(huán)狀冷卻噴氣管的內(nèi)側(cè)沿圓周方向開設(shè)有若干噴氣孔，第一環(huán)狀冷卻噴氣管、第二環(huán)狀冷卻噴氣管及第三環(huán)狀冷卻噴氣管同時(shí)通過一個(gè)冷卻控制器與惰性氣體源相連通，所述冷卻控制器與溫度控制器相連接。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)所對(duì)應(yīng)的箱體上設(shè)置有第一溫度傳感器，在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)所對(duì)應(yīng)的箱體上設(shè)置有第二溫度傳感器，在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)所對(duì)應(yīng)的箱體上設(shè)置有第三溫度傳感器，所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器及第三溫度傳感器同時(shí)連接在一個(gè)溫度監(jiān)控器上，所述溫度監(jiān)控器與溫度控制器相連接。

所述第三電感線圈的疏密程度按照中間過渡區(qū)的梯度溫度要求進(jìn)行設(shè)定。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)及右側(cè)材料區(qū)套裝有均溫套筒。

一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理方法，采用了所述的梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置，包括如下步驟：

步驟一：將纏繞有第一電感線圈、第二電感線圈及第三電感線圈的梯度結(jié)構(gòu)材料放置到箱體內(nèi)，然后關(guān)閉箱體的密封門；

步驟二：先對(duì)箱體內(nèi)部進(jìn)行抽真空，然后通過第一環(huán)狀冷卻噴氣管、第二環(huán)狀冷卻噴氣管或第三環(huán)狀冷卻噴氣管向箱體充入惰性氣體；

步驟三：?jiǎn)?dòng)第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源及第三感應(yīng)電源，通過第一電感線圈、第二電感線圈及第三電感線圈分別對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)、右側(cè)材料區(qū)及中間過渡區(qū)進(jìn)行加熱；

步驟四：通過第一溫度傳感器、第二溫度傳感器及第三溫度傳感器分別對(duì)左側(cè)材料區(qū)、右側(cè)材料區(qū)及中間過渡區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在溫度監(jiān)控器上，并通過溫度監(jiān)控器對(duì)加熱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過溫度控制器調(diào)整第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源及第三感應(yīng)電源的電流值，直到左側(cè)材料區(qū)、右側(cè)材料區(qū)及中間過渡區(qū)各自達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)對(duì)加熱保溫時(shí)間進(jìn)行設(shè)定；

步驟五：當(dāng)加熱保溫時(shí)間結(jié)束后，關(guān)閉第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源及第三感應(yīng)電源，再對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料實(shí)施冷卻，直到冷卻結(jié)束，梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理完成。

通過溫度控制器調(diào)整第一感應(yīng)電源、第二感應(yīng)電源及第三感應(yīng)電源的持續(xù)通電時(shí)長(zhǎng)，對(duì)左側(cè)材料區(qū)、右側(cè)材料區(qū)及中間過渡區(qū)的加熱保溫時(shí)間進(jìn)行控制。

梯度結(jié)構(gòu)材料的冷卻方式分為空冷、爐冷及急冷；當(dāng)需要進(jìn)行空冷時(shí)，只需開啟箱體的密封門即可；當(dāng)需要進(jìn)行爐冷時(shí)，只需維持箱體密封門的關(guān)閉狀態(tài)即可；當(dāng)需要進(jìn)行急冷時(shí)，只需啟動(dòng)冷卻控制器，通過第一環(huán)狀冷卻噴氣管、第二環(huán)狀冷卻噴氣管及第三環(huán)狀冷卻噴氣管分別向左側(cè)材料區(qū)、右側(cè)材料區(qū)及中間過渡區(qū)噴吹惰性氣體即可。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明與傳統(tǒng)熱處理設(shè)備相比，有效克服了傳統(tǒng)熱處理設(shè)備只能對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料在單一溫度區(qū)間整體進(jìn)行熱處理的缺陷，有效滿足了梯度結(jié)構(gòu)材料不同區(qū)域在不同溫度區(qū)間下進(jìn)行熱處理，使梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能順利達(dá)標(biāo)。

附圖說明

圖1為梯度結(jié)構(gòu)材料示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，A—左側(cè)材料區(qū)，B—右側(cè)材料區(qū)，C—中間過渡區(qū)，1—箱體，2—第一電感線圈，3—第二電感線圈，4—第三電感線圈，5—第一感應(yīng)電源，6—第二感應(yīng)電源，7—第三感應(yīng)電源，8—溫度控制器，9—第一環(huán)狀冷卻噴氣管，10—第二環(huán)狀冷卻噴氣管，11—第三環(huán)狀冷卻噴氣管，12—冷卻控制器，13—惰性氣體源，14—第一溫度傳感器，15—第二溫度傳感器，16—第三溫度傳感器，17—溫度監(jiān)控器，18—密封門，19—通氣口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1、2所示，一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置，包括箱體1、第一電感線圈2、第二電感線圈3、第三電感線圈4、第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6、第三感應(yīng)電源7及溫度控制器8；所述箱體1用于放置梯度結(jié)構(gòu)材料，所述第一電感線圈2纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)A上，第一電感線圈2與第一感應(yīng)電源5相連接；所述第二電感線圈3纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)B上，第二電感線圈3與第二感應(yīng)電源6相連接；所述第三電感線圈4纏繞在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)C上，第三電感線圈4與第三感應(yīng)電源7相連接；所述第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6及第三感應(yīng)電源7同時(shí)與溫度控制器8相連接。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)A外側(cè)均布設(shè)有若干第一環(huán)狀冷卻噴氣管9，在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)B外側(cè)均布設(shè)有若干第二環(huán)狀冷卻噴氣管10，在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)C外側(cè)均布設(shè)有若干第三環(huán)狀冷卻噴氣管11，在所述第一環(huán)狀冷卻噴氣管9、第二環(huán)狀冷卻噴氣管10及第三環(huán)狀冷卻噴氣管11的內(nèi)側(cè)沿圓周方向開設(shè)有若干噴氣孔，第一環(huán)狀冷卻噴氣管9、第二環(huán)狀冷卻噴氣管10及第三環(huán)狀冷卻噴氣管11同時(shí)通過一個(gè)冷卻控制器12與惰性氣體源13相連通，所述冷卻控制器12與溫度控制器8相連接。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)A所對(duì)應(yīng)的箱體1上設(shè)置有第一溫度傳感器14，在梯度結(jié)構(gòu)材料的右側(cè)材料區(qū)B所對(duì)應(yīng)的箱體1上設(shè)置有第二溫度傳感器15，在梯度結(jié)構(gòu)材料的中間過渡區(qū)C所對(duì)應(yīng)的箱體1上設(shè)置有第三溫度傳感器16，所述第一溫度傳感器14、第二溫度傳感器15及第三溫度傳感器16同時(shí)連接在一個(gè)溫度監(jiān)控器17上，所述溫度監(jiān)控器17與溫度控制器8相連接。

所述第三電感線圈4的疏密程度按照中間過渡區(qū)C的梯度溫度要求進(jìn)行設(shè)定。

在所述梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)A及右側(cè)材料區(qū)B套裝有均溫套筒18。本實(shí)施例中，均溫套筒18為銅質(zhì)套筒，當(dāng)?shù)谝浑姼芯€圈2和第二電感線圈3分別對(duì)左側(cè)材料區(qū)A及右側(cè)材料區(qū)B進(jìn)行加熱時(shí)，銅質(zhì)套筒被首先加熱，然后通過被加熱的銅質(zhì)套筒間接對(duì)左側(cè)材料區(qū)A及右側(cè)材料區(qū)B進(jìn)行加熱，可進(jìn)一步保證左側(cè)材料區(qū)A及右側(cè)材料區(qū)B加熱后的溫度均勻性。

一種梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理方法，采用了所述的梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理裝置，包括如下步驟：

步驟一：將纏繞有第一電感線圈2、第二電感線圈3及第三電感線圈4的梯度結(jié)構(gòu)材料放置到箱體1內(nèi)，然后關(guān)閉箱體1的密封門18；

步驟二：先通過箱體1上的通氣口19對(duì)箱體1內(nèi)部進(jìn)行抽真空，然后通過第一環(huán)狀冷卻噴氣管9、第二環(huán)狀冷卻噴氣管10或第三環(huán)狀冷卻噴氣管11向箱體1充入惰性氣體；

步驟三：?jiǎn)?dòng)第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6及第三感應(yīng)電源7，通過第一電感線圈2、第二電感線圈3及第三電感線圈4分別對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料的左側(cè)材料區(qū)A、右側(cè)材料區(qū)B及中間過渡區(qū)C進(jìn)行加熱；

步驟四：通過第一溫度傳感器14、第二溫度傳感器15及第三溫度傳感器16對(duì)加熱區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在溫度監(jiān)控器17上，并通過溫度監(jiān)控器17對(duì)加熱溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過溫度控制器8調(diào)整第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6及第三感應(yīng)電源7的電流值，直到左側(cè)材料區(qū)A、右側(cè)材料區(qū)B及中間過渡區(qū)C各自達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)對(duì)加熱保溫時(shí)間進(jìn)行設(shè)定；

步驟五：當(dāng)加熱保溫時(shí)間結(jié)束后，關(guān)閉第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6及第三感應(yīng)電源7，再對(duì)梯度結(jié)構(gòu)材料實(shí)施冷卻，直到冷卻結(jié)束，梯度結(jié)構(gòu)材料多溫度熱處理完成。

通過溫度控制器8調(diào)整第一感應(yīng)電源5、第二感應(yīng)電源6及第三感應(yīng)電源7的持續(xù)通電時(shí)長(zhǎng)，對(duì)左側(cè)材料區(qū)A、右側(cè)材料區(qū)B及中間過渡區(qū)C的加熱保溫時(shí)間進(jìn)行控制。

梯度結(jié)構(gòu)材料的冷卻方式分為空冷、爐冷及急冷；當(dāng)需要進(jìn)行空冷時(shí)，只需開啟箱體1的密封門18即可；當(dāng)需要進(jìn)行爐冷時(shí)，只需維持箱體1密封門18的關(guān)閉狀態(tài)即可；當(dāng)需要進(jìn)行急冷時(shí)，只需啟動(dòng)冷卻控制器12，通過第一環(huán)狀冷卻噴氣管9、第二環(huán)狀冷卻噴氣管10及第三環(huán)狀冷卻噴氣管11分別向左側(cè)材料區(qū)A、右側(cè)材料區(qū)B及中間過渡區(qū)C噴吹惰性氣體即可。

實(shí)施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均包含于本案的專利范圍中。