特大型零件热处理工艺模拟用试验设备的设计

　　热处理属材料的控性和改性技术，用加热-冷却手段以控制材料的相变，改变其微观组织，从而赋予材料合适的性能和构件的服役，是先进制造业不可或缺的极其重要的一环。热处理技术的先进程度是保证工业领域制造技术先进与否和保证产品质量最为关键的因素。当前现代装备制造业的发展，正在实现其生产的转型和技术的高端化，包括特大件和特小件的极端制造。我国已进入重型化装备制造快速发展时期，大锻件需求巨大，目前其成形技术与产业能力也已经形成。譬如，能源动力制造装备中的关键部件都属大型特大型零件。因而，如何实现此类大型特大型零件的热处理技术要求，是热处理业界目前高度关注的急待解决的重大课题[1]。

　　众所周知，热处理须经过十分复杂的技术过程，其过程涉及材料的传热、传质、相变和应力应变，以及周边温度场、流体流场或电磁场等等的相互耦合与应变，以致准确预测工艺参数对性能的影响有相当大的难度。为了实现得当的完善的热处理，不仅需要系统的、严密的甚至是反复的工艺试验，以及实验室条件下对产品解剖以进行组织与性能检测，还必须对零部件进行台架试验、装机考核、破坏性试验和寿命考验，还有零件或整机的失效分析，以及对用户使用情况反馈的分析等等一系列的深入研究，才能摸索到针对具体产品的高水平热处理工艺。否则，对热处理技术指标的确定和生产工艺的制定将难免存在盲目性，生产效果和产品质量也难于预料[2]。然而，如果对大型特大型零件的热处理生产继续采用传统的技术路线，进行多次重复的、低效的“试错式”研究方法，那么，不仅是生产效率低下的问题，更是生产成本所无法承担的结果[3]。

　　目前，国外及我国几家特大型铸锻件生产企业正采用热处理工艺模拟的方法应对这一难题。具体做法是将一组性能测试试样置于“热处理工艺模拟炉”内，模仿大锻件内某一部位材料热处理过程中经模拟而来的升温、保温和冷却曲线进行处理，然后进行性能测试和组织分析，从而可以在大锻件热处理工艺研究过程中以此代替代价大、效率低的解剖式研究，并可以与数值模拟相结合在日常生产中作为制订大锻件热处理工艺的方法，对提高热处理质量和减少大锻件热处理的返修和废品率均有重大作用[4]。因而值得在我国大锻件热处理行业中加以推广，本文在于介绍一种新型的“大锻件热处理工艺模拟炉”(以下简称模拟炉) 的设计理念，这种炉型可以克服原有模拟炉温度准确性差以及不能中途取样等缺点，进一步完善大锻件工艺模拟的技术特色，为这种技术的推广应用创造条件。