[发明专利]热等静压机快速冷却方法以及热等静压机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热等静压机的快速冷却方法，以及一种热等静压机。

背景技术

热等静压机(HIP)或者高压釜在当今的应用领或十分广泛。在高温高压条件下， 在型模中对固体工件或者粉末构成的模压材料进行致密化处理。可以将同类材料以及 不同材料结合在一起。通常将工件置于被一个高压容器包围的加热炉中。在加热过 程中或者在加热之后，通过一种流体或者惰性气体(通常是氩气)从各个方向施加压 力，实施彻底的等静压处理，直至工件达到最佳致密度。这种方法也被用来对构件进 行再致密化处理，例如陶瓷材料制成的构件，例如用于髋关节假体、汽车或者发动机 制造用的铝铸件、轿车发动机的汽缸盖或者钛合金精密铸件，例如涡轮机叶片。在高 温高压条件下进行再致密化处理，可封闭前道生产工序中产生的微孔、愈合缺陷部位、 改善结构特性。另一个应用领域是制造粉末材料近终成形构件，在工艺过程中对其进 行致密化和烧结处理。

HIP周期通常要持续非常长的时间，从几小时到几天不等。周期成本的主要部分 是占压资金的机器小时率所引起的。尤其是从工作温度降低到能够安全打开压机的允 许温度所需的冷却时间相当长，通常占到周期时间的三分之一以上，且在工艺过程中 无法加以利用。现在已经知道：冷却过程对于生产零件的材料特性有着至关重要的作 用。许多材料均需要严格遵守一定的最大冷却速度，以便保证材料质量。此外，在 冷却过程中还要注意：应当使工件整体均匀冷却，不得不均匀地有不同的温度区。在 制造大型构件时，温度差异所引起的内应力可能会导致翘曲、切口应力集中开裂或者 导致彻底毁坏。即使是通常放在加热炉内的支架上的小型构件，也有可能出现此类问 题。

已知现有技术水准下的高压釜均采用热气体循环方式，配有或者没有机械式辅助 设备，例如风机。在没有机械式辅助设备的应用中，通过现有的或者强制的温度差(加 热或冷却外壁)在高压釜中实现气体的自然对流和重新分布。较冷的流体下降，较热 的流体则上升。可以使用导流机构以有控制的方式对这种流体的流动加以利用，从而 在高压釜内实现均匀的加热或者冷却循环。现有技术所使用的就是由一根上、下开口 的管子构成的导流套或对流套。在加热过程中，加热炉中的热源提供驱动力，并且根 据热源的布置情况开始流动。在冷却模式下，低温流体在对流套和起冷却作用的外壁 之间下降，并且推动套管内部较热的流体向上流过工件。在HIP设备的顶盖上，从 下而上的流动推动流体朝向外侧部分运动，使得流体在外壁和套管之间又重新下降。 这时又重新形成相应的冷却作用，从而维持连续的冷却过程。

例如，编号为DE 38 33 337A1的公开说明书就公开了一种使HIP设备快速冷 却的实施型式。根据这种解决方案所述，通过底层空间内的阀门打开循环回路，在隔 热罩内的高温区与隔热罩外的低温区之间形成气体循环，从而形成快速冷却作用。在 隔热罩的上盖中有一些始终常开的孔，高温流体可以通过这些孔流出。这种实施型式 的缺点在于：温度非常低的流体会从下方回流到高温区之中，并且与加热炉中的工件 发生直接接触，这样就会使低温气体从下而上充满高温区。其不足之处在于：可能会 出现参数过于不确定的骤然冷却，无法使得整个炉料区实现均匀的冷却速度。对于大 型构件而言，这种不均匀冷却可能会引起上述问题，如翘曲、开裂或毁坏。

编号为WO 2003/070402A1的申请说明书公开了一种热等静压机冷却方法以 及一种热等静压机。根据该方法所述，从装料区放出高温流体，将其与装料区外下降 的低温流体混合，然后将混合流体重新送入装料区。该方法所要求的条件复杂，因此 也需要使用构造复杂、具有若干管道的热等静压机。如果炉料的侧凹部分或者炉料的 支撑结构妨碍炉料区的正常流通，则重新送入的混合流体可能会以无法控制的方式回 流到炉料区之中，且有时会导致不同的冷却速度，这也是一个缺点。此外，将冷却到 混合温度的气体从下方送入炉料区，必然会导致炉料区的下端与上端之间出现温度梯 度，因此不可能实现均匀的冷却速度。

发明内容

本发明的任务在于阐述一种热等静压机快速冷却方法，以及用来实施该方法的一 种能够使得炉料区或者炉料均匀冷却的热等静压机；根据本发明所述，将温度较低的 流体与热等静压机炉料区内的高温流体均匀混合，同时在整个压力容器内，尤其是在 炉料区内使得流体充分迅速且可靠地循环，从而实现均匀冷却全部炉料的效果。