专利名称：热均匀挤压的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明关于热均匀压机的挤压方法。该压机设有使压缩气体从炉膛中排出而能将挤压后的物品快速冷却的装置。
背景技术：
热均匀挤压的压机已知有很多用途，包括压缩由粉末制成的物品、固化铸件及冲气连接的物品。这种热均匀压机(HIP)通常工作在比较宽的压力和温度范围内，在400～2000℃及300～2000bar之间。氩气是常用的压力介质，也可以使用包括液体在内的其他介质。
HIP具体包括在其中设有炉子的压力容器。这种炉子通常适于用设在炉子外壁的电加热元件来加热。加热元件也可以安装在炉子的底部。在电加热元件上通常由保温层包围着。炉子的底部和顶部都设有保温层，形成带保温壁的炉膛。在保温的炉膛和压力容器的壁之间是含有压力介质的空间。在炉膛周围空间内的压力介质要比炉膛内的压力介质的温度要冷，因为压力容器的壁如果不被专用的冷却系统冷却的话，通常也要受到环境的冷却。
在许多实际应用中需要快速冷却炉膛，以获得一定的材料性能。通常也需要尽快地取走炉膛内处理过的物项以缩短制造周期。然而，将物品冷却到可以便于操作的温度同时又能缩短制造周期是困难的。
从US4217087中得知通过将一定数量的冷惰性气体从炉膛周围的空间内流通到炉膛内能够促进HIP的炉膛内的冷却。这种方法虽然能减少冷却时间但是包括使用含运动部件的阀门，该运动部件安装在压力容器壁中。由于高温和高压组合形成的危险应力，在HIP的压力容器内安装和维修带运动部件的阀门是困难和昂贵的。
在专利US5251880中，公开了一种HIP的冷却系统，它包括设在炉膛和周围压力容器之间器壁上的孔和相应的开关机构。公开了在炉膛的顶部开孔，这对于在冷却时将炉膛周围的气体流通进入炉膛内是有利的。该装置也包括带运动部件的阀门，与US4217087一样，由于高温和高压组合形成的危险应力，安装和维修是困难和昂贵的。
从US5123832中得知，通过将冷压力介质流过炉膛能够快速冷却HIP炉膛。在由该冷却物品的方法和装置中，在压力容器和炉膛的底部设有一台或多台泵或风机。通过泵或风机使一部分冷气体从炉膛壁和压力容器壁之间的空间流到炉膛内能减少冷却时间，然而这种装置的缺陷是冷却阶段发生在前，然后才是减压阶段，使得生产周期有一点延长。将物品冷却到足够低的温度使人们能够比较容易地手工处理的时间也比较长。
本发明的概述本发明的一个目的是提出热均匀压机。本发明的另一个目的是提供将热均匀压机中处理过的物品快速冷却的方法。本发明的再一个目的是将处理过的物品快速冷却，在便于人们处理的温度下可以将其从本发明的装置中移走。本发明还有一个目的是改进对处理过的物品的冷却速度的控制。
用本发明的热均匀压机能够实现这些和另外的目的。本发明是热均匀挤压物品的压机，它包括压力容器、在压力容器中的炉膛，和在炉膛和压力容器壁之间的空间。炉膛设有保温层及保温的顶壁和底壁，在炉膛的壁上设有一个或多个通道。本发明的特征在于在炉膛的内侧至少设有一个气体出口，该炉膛与设在压力容器外侧的气体接受装置相连。当快速冷却处理物品时，通过一个排气装置如管道将气体从炉膛内排掉。
本发明的好处是能将处理过的物品可快速冷却。这将产生技术上的好处即进一步控制材料的性能，和经济上的好处即缩短制造周期。短制造周期的实现是通过将处理过的物品的冷却和气体的减压这两个过程一次实现而得到的。另外的优点是本发明非常有效。首先，通过将一股冷气体从炉膛周围空间流通到炉膛内对炉膛内处理过的物品进行冷却，其次，因气体减压而产生的大部分绝热冷却效应在炉膛内被吸收，因而进一步冷却了处理过的物项。另一个好处是在本发明的一次应用中被快速冷却的均匀处理过的物品被冷却到250℃左右，使得被处理过的物品便于用防护手套来处置。通过将气体从炉膛内排出而被快速冷却处理过的物品能够更直接地通过气流来测定炉膛的温度和压力。与常规的方法相比这种经过物品的气流会得到更直接的控制，常规的方法是气体从含有较冷气体的炉膛周围的空间流通并排放。本发明还有一个好处是在炉膛内或靠近炉膛的地方不需要运动部件例如阀门。本发明简化了结构及减少了HIP均匀挤压的成本并且缩短了周期，大大地减少了H工P加工中处理物品的成本。
附图的简要描述参照附图本发明可以得到更详细地描述。
图1简要地表示了本发明的热均匀压机，图2简要地表示了本发明的热均匀压机的改进。
对优选实施例的描述图1简要地表示了本发明的热均匀挤压HIP。其中压力容器1包括炉膛2和设在炉膛2的壁和压力容器1的壁之间的空间。炉膛2的保温的壁上可以包括一个保温层。由热均匀挤压来处理的物品11放在炉膛2的内侧4中。在炉膛2的底壁上设有通道5、6。根据本发明，从炉膛2内排气的装置如图1中所示设置成管道7。管道7通过一个控制装置例如阀门8和压力容器1外侧的气体系统9相连。
图2表示了该发明的一种改进。图中，在炉膛2内放置了一种强制循环设备10。
在热均匀挤压处理后，根据本发明通过操作一种控制设备例如通过打开阀门8使气体直接从炉膛2内排出，物品11能够被快速冷却。来自炉膛2内的热气体通过排气装置例如管道7流出炉膛2。在通过管道7将其从炉膛2内排出之前，来自炉膛2的壁和压力容器1的器壁之间的空间的冷气体通过通道例如5、6流到炉膛内，因而冷却了处理过的物品。所有存在的气体，即在冷却开始的时候已经存在在炉膛2内的热气体和流入到炉膛2内的来自炉膛2和压力容器1的器壁之间的空间3的冷气体，随着炉膛2中气压的下降而膨胀。这样，所有HIP内存在的气体产生了一个绝热冷却效应进一步冷却了炉膛2内的物品11。冷却和降压同时发生的结果是缩短了制造周期。
图2表示了本发明的一个改进，其中在炉膛2内设置了一个强制循环设备10，例如一台风机、搅拌器或一台泵，以产生更均匀的温度分布。在快速冷却处理过的物品11时，使用的强制循环设备10和设置的在图2中所示为管道7的排气设备，也可以组装在一起。这样，排气设备的进口，在本实施例中所示为在管道7端部的通孔，被放置在炉膛2内一个较低的点上，也就是说在稍靠近炉膛2的底壁而不是在大致靠近炉膛2中心的位置上。
本发明并不局限于上述实施例，也不限于由本专业技术人员在权利要求的范围内所做的许多可行的修改。例如在图1中将气体从炉膛内排出的排气装置被表示成管道7，其它形式的风道或通道也都可以被设置成炉膛2内的排气装置以代替如管道7这样的管道。在炉膛2内的一台排气装置可以设置在相对于一个物品或一组物品11的位置上，以在一组物品11的周围或需要时也可以是单个物品的周围提供的期望的分配气流。也可以在炉膛2内设置一台以上的排气装置以提供冷却时所期望的分配气流。它包括几套排气装置用于在许多物品11周围均匀分配气流。它也可以包括几套排气装置用于在单个物品周围均匀分配气流，例如大型铸造要在一个铸件的部件上获得需要的冷却速率，或者例如在剖面厚度变化的地方需要调整气流。另外也可以在炉膛2的顶壁上设置一个或多个通道，或者在底壁上设置如图1和2所示的通道5、6。
在本发明的实施过程中可以用氮气作压力介质。在HIP加工中用300-2000bar的压力处理由铝基合金制作的物品11，然后快速冷却。在快速冷却到温度为250℃左右用防护手套将处理过的物品11手动地从HIP中移走。在此加工中物品11承受约在500-520℃范围内的温度，而呈管道形状的排气装置用不锈钢制造是足够的。
温度超过500-550℃的HIP加工可以使用镍基合金例如Iconel。其它镍基合金，例如氧化物扩散强化合金(ODS)如PM1000也可以在高温下使用。具有高温性能的例如钛金属合金也可以用在大于550℃的高温条件下。通过使用目前可用的抗高温性能的金属或合金，和/或在覆面上复合陶瓷部件，和/或组装冷却系统以冷却排气装置，本发明可以用在区域温度为1000℃的加工中。
本发明同样适用于使用其它气体作压力介质，以及用例如油、盐溶液或水力介质作液态介质的物品的热均匀挤压。
权利要求
1．一种通过热均匀挤压来处理物品(11)的均匀压机包括压力容器(1)，在压力容器中设有炉膛(2)和在炉膛(2)和压力容器(1)壁之间的空间(3)，其中炉膛(2)上设有保温层及保温的顶壁和低壁，在炉膛(2)的壁上设有一个或多个通道(5、6)，以及在压力容器(1)的壁上设有压力介质的排放装置，其特征在于至少设有一个压力介质的排放装置延伸到炉膛(2)的内部，从而为压力介质提供从炉膛(2)内到压力容器(1)外的直接的排放通道。
2．如权利要求1的均匀压机，其特征在于压力介质的排放口包括伸到该炉膛(2)内的管道(7)。
3．如1～2中任一权利要求的均匀压机，其特征在于均匀压机包括设在炉膛(2)内的强制循环设备(10)。
4．如1～3中任一权利要求的均匀压机，其特征在于该压力介质的排放装置和调节压力介质流出炉膛(2)的控制设备(8)相连。
5．如权利要求4的均匀压机，其特征在于该控制设备(8)包括调节压力介质流出该炉膛(2)的阀门。
6．如1～5的任一权利要求的均匀压机，其特征在于在炉膛(2)内的压力介质排放口(7)的位置被适当地设置成能够在一个或多个不同类型和/或尺寸的物品(11)中间和周围来提供压力介质的流动。
7．如1～6的任一权利要求的均匀压机，其特征在于在炉膛(2)内设置一个以上的压力介质排放口(7)，它们相对于物品(11)放置或交替放在物品(11)中间以获得所期望的压力介质的流动。
8．使用1～7中的任一权利要求的均匀压机来快速冷却处理过的物品。
9．将炉膛(2)内所含的压力介质排掉的方法，其中炉膛(2)设在均匀压机的压力容器(1)内，并且至少有一个通道(5、6)与压力容器(1)和炉膛(2)的壁之间的空间(3)相连，其中在炉膛(2)内至少放置一个物品(11)，其特征在于通过设置在压力容器(1)的壁上的并同时一直伸到炉膛(2)内的压力介质排放装置直接将压力介质从炉膛(2)内排放到压力容器(1)外；因而同时用来自压力容器(1)和炉膛(2)的壁之间的空间(3)的压力介质流通过通道(5、6)来冷却处理过的物品，和将压力介质减压。
10．根据权利要求9的方法，其特征在于压力介质从该炉膛(2)内通过该压力介质排放装置的排放速率可以由控制设备(8)可变地进行控制。
全文摘要
一种热均匀挤压的均匀压机包括压力容器(1)，其中设有炉膛(2)和在炉膛(2)和压力容器(1)壁之间的空间(3)。炉膛(2)上设有保温层及保温的顶壁和底壁，以及在炉膛(2)的壁上设有通道(5、6)。在炉膛(2)内设有气体排放装置。气体通过气体排放装置直接从炉膛(2)内排放。其好处包括因为冷却和减压同时发生所以处理过的物品(11)被快速冷却。物品(11)也可以被快速冷却到人们能容易处置的温度。
文档编号B30B11/00GK1318003SQ99811060
公开日2001年10月17日 申请日期1999年9月16日 优先权日1998年9月17日
发明者伯格曼·卡尔 申请人:弗洛霍丁斯有限公司