[发明专利]用于金属部件的热处理的固定工具

说明书

技术领域

本发明涉及当部件经受热处理例如退火、钎焊、成型等时用于支撑这些金属部件的支撑工具。

背景技术

由金属材料(例如钛或其它材料)制成的部件的热处理在可能超过1000℃的高温下进行。举例而言，对于由钛制成的部件，常规的实践是在制造过程中使部件在钛变软的温度下经受所谓的“退火”热处理。在所述情况下，钛部件仅在重力的作用下变形(蠕变)，并且其在冷却之后维持变形。部件还可能在温度降低的过程中由于内部应力的释放而扭曲。

因此，通常使用例如由耐热钢制成的极重的单件金属支撑件从而在热处理的过程中支撑部件。然而，所述支撑件的使用存在多个缺点。

首先，所述支撑件通常体积极大并且极重。因此它们降低了用于热处理的炉的负载容量，同时也难以操作。它们还具有显著的热惰性，这造成大量的能量消耗从而使工具升高至高温，并且它们需要较长的冷却时间，因此降低了装置的生产率。此外，所述较大的热惰性对获得所需微观结构需要的温度梯度产生限制。这种类型的支撑件还具有通常不同于被处理部件的材料的较高的热膨胀系数，因此限制了其对于具有简单几何形状的部件的应用并且使得必须通过部件的机械加工提供大量的再成型从而保证部件最终具有其目标几何构造。

最后，这种类型的支撑件在热处理的过程中由于重复的热冲击而变形。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出用于支撑待经受热处理的金属部件的新型支撑工具，所述工具除了重量更轻、更紧凑和在炉中具有更小的热惰性之外，还使得有可能精确地遵守非常简单或非常复杂的部件的几何构造，并且即使部件在温度变化的过程中移动时该工具仍然适用。本发明的另一个目的是提供在热处理的过程中不蠕变并且随着时间保持其机械特性的工具。

还需要能够热成型当冷却时超出公差的部件的工具。

为此目的，本发明提供支撑工具，所述支撑工具包括：

·静止支撑结构，所述静止支撑结构具有对应于待支撑的每个金属部件的大致形状的预定形状；

·第一固定元件，所述第一固定元件设置在每个部件的一侧上；

·第二固定元件，所述第二固定元件设置在每个部件的另一侧上；和

·至少一个弹簧类型的弹性元件，所述弹性元件设置在支撑结构和每个第一或第二固定元件之间从而在整个热处理期间固定部件；

支撑结构、第一和第二固定元件和弹簧元件由热结构复合材料，例如碳/碳复合材料或陶瓷基质复合(CMC)材料制成。

本发明的工具在壳体内弹性地固定金属部件，所述壳体遵守部件的目标最终几何构造，因此允许在热处理的过程中在其几何构造方面精确地固定部件，或者在热处理的过程中精确地成型至其几何构造。限定壳体的结构以及支撑系统的元件均由热结构复合材料(即具有极小的热膨胀系数的材料)制成，使得工具在温度变化的过程中经受极小的变形，并且弹簧元件具有刚度，因此弹簧元件具有抵抗固定元件的几乎恒定而与温度无关的承载力。

由于以几乎均匀方式施加在部件上而与温度无关的弹性固定力，有可能在热处理的过程中成型部件，因此校正在部件上进行的之前的操作(例如预先机械加工)的过程中产生的变形，从而尽可能接近最终设计尺寸。本发明的部件被弹性地固定在工具中的原理允许将相对变形的部件安装在工具中，所述部件首先(即当冷却时)不与所有参考固定元件接触，但是一旦其温度升高时，其被弹簧元件加压并且因此成型从而具有所需的几何构造。使用金属工具难以实施所述热成型。

由于用于制备本发明的工具的组成元件的热结构复合材料，因此相比于常规使用的由耐热钢制成的工具，所述工具更为紧凑并且重量更轻。本发明的工具因此使得有可能增加待用于装载用于处理的金属部件的给定炉的容量，因此使得有可能降低所述热处理的成本。其还使得有可能减少给定的部件数目所需的操作量和处理量，因此使得有可能显著降低所述热处理的成本。

在本发明的一个实施方案中，所述工具包括设置在金属部件的任一侧上的多对钳口，每对钳口可滑动地安装在支撑结构上。部件在温度升高或降低的过程中的移动可以因此由钳口伴随而不在部件上施加应力并且同时遵守其精确的几何构造，如通过工具的支撑结构所限定。

出于该目的，每个钳口设置有至少一个引导部，每个引导部与在支撑结构中形成的滑道合作。在本发明的一个实施方案中，支撑结构的侧壁包括至少一个滑道用于接收钳口对的一个钳口的引导部，弹簧元件插入在每个钳口对的至少一个钳口与支撑结构的侧壁之间。