阅读说明：本技术 大直径钨棒材退火装置及退火工艺 (Annealing device and annealing process for large-diameter tungsten bar ) 是由 李猛 李猛进 张海坡 袁瑞杰 王守海 陈学军 姚晓黎 周军涛 于 2020-03-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金属热处理技术领域,公开了一种大直径钨棒材退火装置及退火工艺,该退火装置包括第一料槽、进料装置、氢气保护盒、感应线圈、IGBT高频感应电源、出料装置、第二料槽、电机、电控柜、以及冷却系统。利用本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺,可有效消除大直径钨棒材的内部应力,避免后续加工中可能出现的劈裂、崩边、表面微裂纹等现象,提高钨棒材的加工性能,延长机加工刀具等耗材的使用寿命,改善钨棒材的使用性能,有效提高钨棒材的高温寿命,而且本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺具有速度快、质量高、成本低、维护方便的优点,可保证工业化生产的顺利进行,降低生产成本,提高生产质量。(The invention relates to the technical field of metal heat treatment, and discloses a large-diameter tungsten bar annealing device and an annealing process. The annealing device and the annealing process for the large-diameter tungsten bar can effectively eliminate the internal stress of the large-diameter tungsten bar, avoid the phenomena of splitting, edge breakage, surface microcrack and the like which can occur in subsequent processing, improve the processing performance of the tungsten bar, prolong the service life of consumables such as a machining cutter and the like, improve the service performance of the tungsten bar, and effectively improve the high-temperature service life of the tungsten bar.)

大直径钨棒材退火装置及退火工艺

技术领域

本发明涉及金属热处理技术领域，更具体地涉及一种大直径钨棒材退火装置及退火工艺。

背景技术

钨合金因其极高的熔点、低的蒸气压、高温下的低膨胀性和尺寸稳定性及优良的电子发射性能和高温力学性能等特性，被大量的应用到国防军工、电子、电光源、化工、医疗、机械等众多领域。高温烧结后的大直径钨棒材经多道次、大压缩比的锻打加工后，变形量达到60％以上才可以作为密度合格的棒料，这种棒料可作为进一步机械加工的原料。

在交变应力的作用下，钨棒材内部应力快速积累，当部分区域应力过于集中时，钨棒材在进行压力加工时会出现劈裂、尺寸不稳定等现象；在进行机械加工时会出现如零部件的崩边、表面(微)裂纹、机加工刀具消耗过快等问题；应用到相关领域，钨棒材零部件高温下寿命不足，甚至是无法使用。而以上问题的出现，主要原因在于大直径钨棒材内部所存在的应力，导致大直径钨棒材的加工性能和使用性能降低。

因此，如何能够有效地消除大直径钨棒材内部应力，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径钨棒材退火装置及退火工艺，能够有效消除大直径钨棒材的内部应力，提高大直径钨棒材的加工性能和使用性能，同时还能够提高大直径钨棒材的高温寿命。

根据本发明的一个方面，提供了一种大直径钨棒材退火装置，包括：第一料槽、进料装置、氢气保护盒、感应线圈、IGBT高频感应电源、出料装置、第二料槽、电机、电控柜、以及冷却系统，其中：

第一料槽设置在进料装置之前，放置待退火大直径钨棒材，第二料槽设置在出料装置之后，放置完成退火的大直径钨棒材；

氢气保护盒设置在进料装置和出料装置之间，感应线圈固定在氢气保护盒内并连接于IGBT高频感应电源，氢气保护盒的前端开有进料孔，氢气保护盒的后端开有出料孔，氢气保护盒的正面开有观察孔，氢气保护盒的下方连接有连通于氢气供应源的氢气管；

进料装置和出料装置均包括主动轮、从动轮、气缸和支撑板，电机的输出端固定有链轮，进料装置的主动轮通过链条连接于链轮，进料装置的主动轮和出料装置的主动轮经由链条相互连接，从动轮设置在主动轮上方并相互啮合，支撑板连接于从动轮，气缸固定于支撑板；

电控柜内设置有控制电机的转速的变频器，电控柜的面板上设有IGBT高频感应电源功率调节旋钮、设备电源开关、电机开关和急停按钮；

冷却系统由冷却循环水供应源、连接于冷却循环水供应源的分水器、以及连接于分水器的冷却管构成，其中冷却管包括第一冷却管、第二冷却管和第三冷却管，第一冷却管连接于氢气保护盒后端的出料孔，第二冷却管焊接在氢气保护盒的盒体外表面，第三冷却管焊接在将感应线圈连接于IGBT高频感应电源的铜板的表面上。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，氢气保护盒前端的进料孔内设置有进口导卫，氢气保护盒后端的出料孔内设置有出口导卫。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，进口导卫和出口导卫的材质均为钨合金。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，进口导卫和出口导卫的入口角度均为120±10°。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，感应线圈的内径为30～40mm，长度为80～100mm。

根据本发明的另一个方面，提供了一种利用上述大直径钨棒材退火装置实施的大直径钨棒材退火工艺，包括：

步骤1：由冷却系统向大直径钨棒材退火装置通入冷却循环水，经由氢气管向氢气保护盒通入氢气，氢气通气时间控制为5min；

步骤2：将待退火大直径钨棒材放于第一料槽内，开启设备电源以及启动电机，电机通过链轮驱动进料装置的主动轮，在待退火大直径钨棒材的前端置于进料装置的主动轮上后，通过电控柜控制进料装置的气缸动作并经由进料装置的支撑板使进料装置的从动轮下压到待退火大直径钨棒材上，在进料装置的主动轮和从动轮的作用下将待退火大直径钨棒材导入氢气保护盒，在氢气保护盒内由氢气保护的感应线圈对大直径钨棒材进行退火；

步骤3：退火完成后的大直径钨棒材由进料装置推出氢气保护盒，经由第一冷却管冷却，在退火完成后的大直径钨棒材的前端置于出料装置的主动轮上后，由出料装置的主动轮和从动轮将退火完成后的大直径钨棒材导出到第二料槽上。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤1中，冷却循环水的压力范围控制为0.15～0.25MPa。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤1中，氢气的流量控制为15～20L/min。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮从而调整IGBT高频感应电源的功率，控制通过感应线圈的大直径钨棒材的退火温度处于1400～1600℃之间。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，调整变频器的频率从而控制电机的转速，将大直径钨棒材的退火速度控制为0.2～0.5m/min。

利用本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺，可有效消除大直径钨棒材的内部应力，避免后续加工中可能出现的劈裂、崩边、表面(微)裂纹等现象，提高钨棒材的加工性能，延长机加工刀具等耗材的使用寿命，改善钨棒材的使用性能，有效提高钨棒材的高温寿命，而且本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺具有速度快、质量高、成本低、维护方便的优点，可保证工业化生产的顺利进行，降低生产成本，提高生产质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1为本发明的大直径钨棒材退火装置的结构示意图。

图2为本发明的大直径钨棒材退火装置中的进料装置的结构示意图。

图3为本发明的大直径钨棒材退火装置中的感应线圈的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明的大直径钨棒材退火装置包括：第一料槽1、进料装置2、氢气保护盒4、感应线圈5、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)高频感应电源7、出料装置9、第二料槽1′、电机10、电控柜12。

第一料槽1设置在进料装置2之前，第二料槽1′设置在出料装置9之后，第一料槽1用于放置待退火大直径钨棒材，第二料槽1′用于放置完成退火的大直径钨棒材。

氢气保护盒4设置在进料装置2和出料装置9之间，感应线圈5固定在氢气保护盒4内并连接于IGBT高频感应电源7。

进料装置2和出料装置9均包括主动轮、从动轮、气缸和支撑板，图2以进料装置2为例示出了其所包括的主动轮21、从动轮22、气缸23和支撑板24，电机10的输出端固定有链轮(未示出)，主动轮21固定在退火装置的台面上并通过链条连接于链轮，从动轮22设置在主动轮21上方并相互啮合，支撑板24连接于从动轮22，气缸23固定于支撑板24。此外，进料装置2主动轮21经由链条连接于出料装置9的主动轮。出料装置9的结构与进料装置2相同，此处不再重复图示并描述。

电控柜12内设置有变频器(未示出)，通过调整变频器的频率可以控制电机10的转速，由此调整进料装置2和出料装置9的运行速度，即大直径钨棒材的退火速度。电控柜12的面板上设有IGBT高频感应电源功率调节旋钮、设备电源开关、电机开关和急停按钮。通过调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮，可以调整IGBT高频感应电源7的功率，从而调整大直径钨棒材的退火温度。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，氢气保护盒4的前端开有进料孔，进料孔内设置有进口导卫3，氢气保护盒4的后端开有出料孔，出料孔内设置有出口导卫(未示出)，氢气保护盒4的正面开有观察孔6，氢气保护盒4的下方连接有连通于氢气供应源(未示出)的氢气管11。

优选地，氢气保护盒4的进口导卫3和出口导卫的材质均为钨合金，进口导卫3和出口导卫的入口角度均为120±10°。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，感应线圈5的内径为30～40mm，长度为80～100mm。

优选地，在上述大直径钨棒材退火装置中，设置有用于对氢气保护盒4、感应线圈5以及退火后的大直径钨棒材进行冷却的冷却系统，冷却系统由冷却循环水供应源(未示出)、连接于冷却循环水供应源的分水器13、以及连接于分水器13的冷却管构成，其中冷却管包括第一冷却管8、第二冷却管和第三冷却管，第一冷却管8连接于氢气保护盒4后端的出料孔，其内径与出料孔直径相同，第一冷却管8内通有冷却循环水，退火后的大直径钨棒材自出料孔导出后由第一冷却管8内的冷却循环水降温，避免出现表面氧化的情况；第二冷却管(未示出)焊接在氢气保护盒4的盒体外表面，第二冷却管内通有冷却循环水，可以对氢气保护盒4进行冷却；第三冷却管(未示出)焊接在将感应线圈5连接于IGBT高频感应电源7的铜板(未示出)的表面上，第三冷却管内通有冷却循环水，可以对感应线圈5进行冷却。

另一个方面，利用上述大直径钨棒材退火装置实施的大直径钨棒材退火工艺包括：

步骤1：由冷却系统向大直径钨棒材退火装置通入冷却循环水，经由氢气管11向氢气保护盒4通入氢气，氢气通气时间控制为5min；

步骤2：将待退火大直径钨棒材放于进料装置2之前的第一料槽1内，通过设备电源开关开启设备电源以及通过电机开关和急停按钮启动电机10，电机10通过链轮驱动进料装置2的主动轮21，在待退火大直径钨棒材的前端置于进料装置2的主动轮21上后，通过电控柜12控制气缸23动作并经由支撑板24使从动轮22下压到待退火大直径钨棒材上，由此在主动轮21和从动轮22的共同作用下将待退火大直径钨棒材导入氢气保护盒4，在氢气保护盒4内由氢气保护的感应线圈5对大直径钨棒材进行退火；

步骤3：退火完成后的大直径钨棒材由进料装置2推出氢气保护盒，经由第一冷却管8冷却，在退火完成后的大直径钨棒材的前端置于出料装置9的主动轮上后，由出料装置9的主动轮和从动轮将退火完成后的大直径钨棒材导出到出料装置9之后的第二料槽1′上。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤1中，冷却循环水的压力范围控制为0.15～0.25MPa。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤1中，氢气的流量控制为15～20L/min。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮从而调整IGBT高频感应电源7的功率，由此控制通过感应线圈5的大直径钨棒材的退火温度处于1400～1600℃之间。

进一步优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，根据待退火大直径钨棒材的直径，调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮从而调整IGBT高频感应电源的功率，由此控制通过感应线圈5的大直径钨棒材的的退火温度处于1400～1600℃之间。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，通过观察孔6来测量退火温度，如果退火温度低于1400℃，则通过IGBT高频感应电源功率调节旋钮来调高IGBT高频感应电源7的功率，由此提高通过感应线圈5的大直径钨棒材的的退火温度；如果退火温度高于1600℃，则通过IGBT高频感应电源功率调节旋钮来调低IGBT高频感应电源7的功率，由此降低通过感应线圈5的大直径钨棒材的的退火温度。

优选地，在上述大直径钨棒材退火工艺中，在步骤2中，调整变频器的频率从而控制电机10的转速，由此调整进料装置2和出料装置9的运行速度，从而将大直径钨棒材的退火速度控制为0.2～0.5m/min。

大直径钨棒材的退火效果通常根据退火后材料的硬度来评价。利用本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺，退火后的大直径钨棒材的显微组织结构不发生变化，硬度降低10％左右，由此可有效消除大直径钨棒材的内部应力，避免后续加工中可能出现的劈裂、崩边、表面(微)裂纹等现象，提高钨棒材的加工性能，延长机加工刀具等耗材的使用寿命，改善钨棒材的使用性能，有效提高钨棒材的高温寿命，而且本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺具有速度快、质量高、成本低、维护方便的优点，可保证工业化生产的顺利进行，降低生产成本，提高生产质量。

以下结合具体实施例，详细说明本发明的大直径钨棒材退火装置和退火工艺。

实施例1

在实施例1中，使用本发明的大直径钨棒材退火装置及退火工艺对直径为

的含钾钨棒材进行退火处理。

实施例1的大直径钨棒材退火装置中，进口导卫和出口导卫的入口角度均为120°，感应线圈的内径为35mm、长度为90mm。

实施例1的大直径钨棒材退火工艺包括：由冷却系统向大直径钨棒材退火装置通入冷却循环水，冷却循环水的压力控制为0.2Mpa，然后经由氢气管向氢气保护盒通入氢气，氢气流量控制为16L/min，氢气通气时间控制为5min；启动电机，驱动进料装置和出料装置，调整变频器的频率从而控制电机的转速，由此将待退火大直径钨棒材以0.35m/min的退火速度导入和导出氢气保护盒，从而在氢气保护盒内由氢气保护的感应线圈对大直径钨棒材进行退火；在退火过程中调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮从而调整IGBT高频感应电源的功率，由此将退火温度控制为1500℃。

利用实施例1的退火装置和退火工艺退火后的直径为

的含钾钨棒材的显微组织结构不发生变化，硬度降低8％，钨棒材组织均匀，加工性能得到了明显改善，完全适合后续的加工。

实施例2

在实施例2中，使用本发明的大直径钨棒材退火装置及退火工艺对直径为

的稀土掺杂钨合金棒材进行退火处理。

实施例2的大直径钨棒材退火装置中，进口导卫和出口导卫的入口角度均为125°，感应线圈的内径为40mm、长度为90mm。

实施例2的大直径钨棒材退火工艺包括：由冷却系统向大直径钨棒材退火装置通入冷却循环水，冷却循环水的压力控制为0.2Mpa，然后经由氢气管向氢气保护盒通入氢气，氢气流量控制为20L/min，氢气通气时间控制为5min；启动电机，驱动进料装置和出料装置，调整变频器的频率从而控制电机的转速，由此将待退火大直径钨棒材以0.3m/min的退火速度导入和导出氢气保护盒，从而在氢气保护盒内由氢气保护的感应线圈对大直径钨棒材进行退火；在退火过程中调节IGBT高频感应电源功率调节旋钮从而调整IGBT高频感应电源的功率，由此将退火温度控制为1500℃。

利用实施例2的退火装置和退火工艺退火后的直径为的稀土掺杂钨合金棒材的显微组织结构不发生变化，硬度降低12％，钨棒材组织均匀，加工性能得到了明显改善，完全适合后续的加工。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。