[发明专利]压力容器和用于冷却压力容器的方法

说明书

发明的技术领域

本发明涉及一种用于通过热压且优选通过热等静压处理制品的装置。具体地，本发明涉及用于通过热压且优选热等静压处理制品的压制装置，其能够提供受控的、迅速的冷却速率，而不需要任何用于冷却的特制阀门。

发明背景

热等静压(HIP)是一种用途越来越普遍的技术。例如，在铸件，例如涡轮叶片中，为了充分地增加它们的使用寿命和强度，特别是疲劳强度，将热等静压用于完成消除多孔性。另一个应用领域是通过压紧粉末的方式生产需要完全致密且具有无孔表面的制品。

在热等静压中，被通过压制处理的制品处于绝热压力容器的装载隔室中。循环，或者说处理循环，包括制品的装载、处理和卸载步骤，且在本文中，循环的总持续时间称为循环时间。所述处理可以依序被分成若干部分，或者说是阶段，如压制阶段、加热阶段和冷却阶段。

在装载之后，将容器密封，并向压力容器及其装载隔室中导入压力介质。随后升高压力介质的压力和温度，使得在选定的时间段内对制品施加增高的压力和增高的温度。借助安置在压力容器的炉室中的加热元件或炉，提供压力介质的升温以及由此的制品升温。当然，压力、温度和处理时间取决于许多因素，如被处理制品的材料性能、应用的领域、以及被处理制品所需的品质。在热等静压中压力和温度典型地可以分别在200至5000巴、优选800至2000巴和300℃至3000℃、优选800℃至2000℃的范围内。

当对制品的压制完成时，通常需要在将制品从压力容器移出或者说卸载之前，将其冷却。在许多种类的冶金处理中，冷却速度将影响冶金性能。例如，为了获得高品质的材料，应当使热应力(或温度应力)和晶粒生长最小化。因此，需要均匀地冷却材料，并且如果可能的话，控制冷却速率。本领域已知的许多压机具有制品缓慢冷却的缺点，并且因此已经做了减少制品冷却时间的努力。尽管减少冷却时间这一事实是需要考虑的重要因素，但是在例如稳态阶段和压制阶段期间的高的温度均匀性也是相当重要的。因此，除了迅速冷却的能力，需要在例如稳态阶段期间获得高的温度均匀性的能力。

可以使用用于强制对流循环的机械装置，来获得提高的冷却速率。这是一种尽管被处理的制品被容纳在良好绝热的炉室中仍达到使这些制品迅速降温的方式。共同未决申请PCT/EP2007/10997公开了一种具有这些特性的热等静压装置。然而，在高压和/或高温系统中用于强制对流的器件通常易遭受早期磨损或频繁的机械故障。这对具有运动部件的机械风扇或通风机特别是这样的。因此，这种压制装置可能需要相对频繁的保养，导致不想要的生产中断和停止。

此外，在压制装置中，可用于装载制品的空间通常有限，且机械装置如风扇或通风机减少了这一可用空间，这一问题在较小的压制装置中甚至更加显著。

使用机械装置也需要相对复杂和昂贵的压制装置构造。

因此，在本领域中，仍存在对改良的压制装置的需要，其能够在冷却阶段受控地、迅速地冷却，并能够在例如稳态和压制阶段有高的温度均匀性。

发明概述

本发明的一般目的在于，提供一种改良的用于热压且优选热等静压的压制装置，其能够精确控制在压制装置内的压力介质和被处理制品的温度和温度的变化速率。

本发明的更具体的目的在于，提供一种改良的用于热压且优选热等静压的压制装置，其能够在冷却阶段具有受控、迅速冷却速率，并能够在例如稳态和压制阶段有高的温度均匀性。

本发明的另一个目的在于，提供一种改良的用于热压且优选热等静压的压制装置，其具有降低的构造复杂度的和降低的保养必要性的构造。

本发明的更进一步的目的在于，提供一种改良的用于热压且优选热等静压的压制装置，其能够达到使压力介质在炉室中在不冷却的情况下循环，以在例如稳态和压制阶段期间产生高的温度均匀性。

本发明的还另一个目的在于，提供一种改良的用于热压且优选热等静压的压制装置，其无需任何用于冷却设备的特制阀门，便能够获得受控的和迅速的制品和/或压力介质冷却速率。

本发明的这些和其它目的是借助具有在独立权利要求中限定的特征的压力容器和用于这种容器的方法达到的。在从属权利要求中，表达了本发明的实施方式。

在本发明的上下文中，术语“冷”、“热”或“温热”(例如冷和温热或热的压力介质或冷和温热或热的温度)应当按照在压力容器内的平均温度的意义来解释。类似地，“低的”和“高的”温度也按照在压力容器内的平均温度的意义来解释。