針對實(shí)時(shí)測溫技術(shù)確定熱處理工藝規(guī)范的研究

邱智海　曾維平

摘要：熱處理是在挖掘金屬材料過程中重要的工藝過程，為了能夠提高其調(diào)質(zhì)熱處理工藝產(chǎn)生的效果，需要對熱處理過程中的加熱溫度、時(shí)間、冷卻時(shí)間等關(guān)鍵的工藝參數(shù)進(jìn)行測試和監(jiān)控，以便能夠科學(xué)地制定熱處理的工藝規(guī)范，通過準(zhǔn)確地制定工藝過程，進(jìn)而能夠得到較好的熱處理效果。文章探討了實(shí)時(shí)測溫技術(shù)確定熱處理工藝規(guī)范的要求。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)測溫技術(shù)；熱處理工藝；規(guī)范要求；金屬材料；計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM762 文章編號：1009-2374（2016）26-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.030

對于目前來說，我國大多數(shù)企業(yè)都是通過應(yīng)用測量熱處理對加熱爐中的溫度進(jìn)行加溫，主要使其溫度能夠代替工件的實(shí)際溫度，并且能夠以此為依據(jù)確定溫度的加熱和保溫時(shí)間。再通過檢測冷卻介質(zhì)的方式對溫度和工件在介質(zhì)中的時(shí)間進(jìn)行合理的控制，將工件放置在冷卻的介質(zhì)中，其中的溫度在介質(zhì)中實(shí)際的溫度并沒有監(jiān)控。

1 試驗(yàn)方式

本文通過采用實(shí)時(shí)測溫技術(shù)直接對工件的溫度進(jìn)行測試，在測試的過程中涉及到所有的溫度和時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)對于工件采取熱處理的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此能夠制定科學(xué)的熱處理工藝制度，進(jìn)而保障其工藝的效果和質(zhì)量。

利用盤形低合金鋼作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)對象，將其與工件一同安放在專業(yè)的檢測材料的組織中，再采用RJJ-75-9井式爐和回火爐對工件進(jìn)行加工處理。采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測溫計(jì)數(shù)對其進(jìn)行熱處理工藝深入的研究。計(jì)算機(jī)在應(yīng)用實(shí)時(shí)的測溫計(jì)數(shù)能夠連續(xù)地對工件進(jìn)行熱處理，以確保能夠在處理過程中加熱和冷卻中的溫度和時(shí)間能夠有所穩(wěn)定，這項(xiàng)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)對實(shí)時(shí)監(jiān)測和測溫的原件進(jìn)行組成。圖1中顯示的是采用力控制軟件開發(fā)的多形通道計(jì)算機(jī)監(jiān)測、顯示并且記錄的測溫系統(tǒng)，利用K型鎳鉻-鎳硅熱電偶進(jìn)行測試元件，通過將加熱的電偶測溫元件焊接在工件上，并且將其一同進(jìn)入裝爐。

本文采用計(jì)算機(jī)實(shí)施測溫技術(shù)，能夠保障連續(xù)對元件進(jìn)行測量，針對于不同的部位和試樣上測量溫度數(shù)值和時(shí)間，對于得到所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整理，以此來確定工件的熱處理的過程中加熱的溫度和時(shí)間以及入油溫度和時(shí)間，包括在油中工件停留的時(shí)間等一系列工藝參數(shù)，并且通過這個(gè)方式能夠判斷制定熱處理的相關(guān)工藝規(guī)范。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

在每一個(gè)盤形工件的外徑處，上下每一個(gè)部分都安置一個(gè)測溫的中心點(diǎn)，隨著在試樣中心的位置為1個(gè)測溫點(diǎn)，一共安裝3個(gè)測溫點(diǎn)。詳情見圖2所示：

根據(jù)有關(guān)工件的要求，其中采用的工藝參數(shù)基本為：淬火在加熱時(shí)的溫度為（870±10）℃，其中保溫的時(shí)間為90min；回火加熱的溫度一般為（600±10）℃，保溫的時(shí)間為120min；淬火的冷卻介質(zhì)溫度應(yīng)該控制在50℃以下，其中工件出油溫度應(yīng)該控制在100℃。由于三個(gè)測點(diǎn)的升溫速度均不相同，其中測點(diǎn)3的溫度提升最快，并且最先達(dá)到保溫的溫度，由于測點(diǎn)3是監(jiān)控實(shí)時(shí)爐試樣溫度，因此式樣的體積較小，導(dǎo)致升溫迅速。通過淬火冷卻的過程能夠看出，測點(diǎn)3的降溫速度最迅速，測點(diǎn)2的速度相對較慢，而測點(diǎn)1的速度最慢。由于測點(diǎn)3是監(jiān)控隨爐試樣，其主要的體積較小，因此速度較快，但是由于測點(diǎn)3一般分布在盤形的工件下方，因此降溫的速度基本比測點(diǎn)1較快。通過對3個(gè)測點(diǎn)分別進(jìn)行監(jiān)控，能夠發(fā)現(xiàn)淬火和回火后組織速度不同，能夠通過分析進(jìn)行比對，可以得出淬火組織一般為馬氏體。通過回火后的金相顯微組織能夠得出回火后的組織一般為回火索氏體。

2.2 結(jié)果分析

首先，通過幾個(gè)注重的點(diǎn)能夠反映出工藝結(jié)果，針對加熱的溫度和保溫的時(shí)間得出，要不斷根據(jù)工藝的要求，將熱處理的使用爐設(shè)定加熱保溫的溫度一般要保障在（870±10）℃，通過淬火的加熱階段能夠得出，一旦盤形工件的底部測點(diǎn)2達(dá)到設(shè)定的加熱溫度時(shí)，頂部的測溫位置在停滯39min后才能夠達(dá)到設(shè)定的加熱溫度，顯然這樣的停滯現(xiàn)象是由于熱處理中的爐內(nèi)溫度不夠均勻才會導(dǎo)致的，因此為了能夠使每個(gè)工件每個(gè)部位都能夠達(dá)成奧氏體和均勻化的要求，在加熱到溫的時(shí)間計(jì)算就需要向后推遲30min。

其次，通過淬火的溫度和時(shí)間進(jìn)行思考，根據(jù)公式能夠計(jì)算出這樣的奧氏體在轉(zhuǎn)化溫度的時(shí)候Ac3為801℃，馬氏體的轉(zhuǎn)化溫度應(yīng)該為324℃。通過淬火過程冷卻監(jiān)控能夠得出，在淬火前每個(gè)工件的測溫點(diǎn)和試樣測溫點(diǎn)的溫度應(yīng)該在810℃以上，并沒有發(fā)生任何的組織變化，也可以通過淬火后的組織并沒有發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)的鐵元素或者珠光體等有效組織，因此并沒有得到一定的證實(shí)。在工件從出爐導(dǎo)入進(jìn)油中總共需要33s，在工件先進(jìn)入油的部分與最后倒入油的時(shí)間相差為3s。除此之外，進(jìn)入油5min以后能夠通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其中的實(shí)測溫度應(yīng)該低于100℃。通過上述的分析能夠確定其中制定的保溫溫度大致為（870±10）℃是有效合理的，從出爐到入油的時(shí)間應(yīng)該準(zhǔn)確地控制在33s以內(nèi)，入油5min以后就能夠全面地結(jié)束淬火的過程，通過利用回火的溫度和時(shí)間能夠準(zhǔn)確地得出相應(yīng)的結(jié)論。為了防止由于淬火冷卻溫度較低引起的工件上出現(xiàn)裂痕，需要在將近100℃立刻結(jié)束淬火的冷卻，并且要盡快地將工件轉(zhuǎn)移至回火爐中進(jìn)行回火處理。在工件進(jìn)行回火的過程中，剛開始的加熱溫度大致為100℃左右，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的控制過程。在工件每個(gè)部位能夠看出由于溫度停滯的現(xiàn)象不夠明顯，在回火保溫的過程中對工件的各個(gè)部位進(jìn)行忽略，以此能夠保障工件每一個(gè)部位實(shí)際的加熱溫度不夠同步的現(xiàn)象產(chǎn)生。

最后，通過試樣的力學(xué)性能能夠?qū)﹄S爐試驗(yàn)進(jìn)行其性能的檢測，通過結(jié)果數(shù)據(jù)能夠看出：抗拉的強(qiáng)度為1010MPa，屈服的強(qiáng)度基本為915MPa，其中伸長率大致為18%，截面的收縮率為58%，其主要的硬度為295HBW，因此組織一般定義為回火索氏體，進(jìn)而能夠取得優(yōu)質(zhì)的熱處理效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

首先，通過回火加熱和冷卻溫度變化規(guī)律進(jìn)行分析。在進(jìn)行鍛造鉤尾框的調(diào)質(zhì)進(jìn)行熱處理的工藝中，由于淬火是整個(gè)工件在組織和性能上的主要影響因素。對此需要針對獲得過程和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。在淬火之后要及時(shí)地進(jìn)行回火，將其加熱到（600±10）℃，保溫的時(shí)間為120min，由于其中存在合金的元素，因此在回火空冷的過程中速度對于組織的性能沒有太大的影響。

其次，要對其中試樣的力學(xué)性能和金相的組織進(jìn)行思考與分析。利用性能和組織性進(jìn)行測試的試樣能夠通過有本體取樣的方式和隨爐試塊的兩種模式。通過對試樣進(jìn)行全面的加工和對此性能進(jìn)行統(tǒng)一的測試，通過實(shí)驗(yàn)的方式能夠發(fā)現(xiàn)不同位置上的測點(diǎn)都能夠代表出自身獨(dú)特的性質(zhì)，其中在本樣進(jìn)行隨機(jī)取樣的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)其中的三個(gè)測試點(diǎn)能夠分別代表鉤尾框的尾部、中部和頭部三個(gè)位置。經(jīng)過分析能夠得知，鉤尾框在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的時(shí)候，其在處理前的材料和組織能夠是珠光體和鐵素體的結(jié)合，調(diào)質(zhì)之后在材料的選擇上一般均為均勻的回火索氏體。通過對鉤尾框的其中測點(diǎn)進(jìn)行研究，能夠發(fā)現(xiàn)其中的兩個(gè)測點(diǎn)溫度位置進(jìn)行拉伸和屈服的強(qiáng)度基本都會低于其他位置點(diǎn)的強(qiáng)度，主要是由于在淬火加熱的過程中這兩點(diǎn)的加熱速度較慢，因此導(dǎo)致保溫的時(shí)間較短。盡管如此，鉤尾框的每個(gè)測點(diǎn)溫度組織和其中力學(xué)的性能結(jié)果都能夠滿足有關(guān)規(guī)定的具體

要求。

最后，經(jīng)過合理的對熱處理進(jìn)行工藝規(guī)范的嚴(yán)格制定方式，能夠通過上述的分析數(shù)據(jù)得知，對于E級型鋼鍛鉤尾框淬火熱處理可以采用以下熱處理的工藝規(guī)范：在淬火加熱過程中，溫度要保障在（920±10）℃中，其中主要的保溫時(shí)間要控制在120min；從出爐一直到入水的時(shí)間不能多于40s；其中在淬火前保障水溫能夠控制在28℃左右；鉤尾框要在水中停留3min左右；工件在出水的時(shí)候其中溫度要小于200℃。

3 結(jié)語

為了能夠采用實(shí)施測溫的技術(shù)對于工件進(jìn)行監(jiān)控，其中監(jiān)控的工件在進(jìn)行熱處理加熱和冷卻的過程中，其主要的溫度和時(shí)間都能夠成為科學(xué)制定熱處理的工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。通過利用實(shí)施測溫的技術(shù)能夠用來進(jìn)行對熱處理工藝過程中進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保障其中工件的質(zhì)量足夠穩(wěn)定，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)熱處理優(yōu)質(zhì)的效果。

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作者簡介：邱智海（1973-），男，湖南衡陽人，湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師，研究方向：金屬材料、粉末冶金；曾維平（1983-），男，湖北荊州人，湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師，研究方向：化工系統(tǒng)工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）