針對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)溫技術(shù)確定熱處理工藝規(guī)范的研究

邱智?！≡S平

摘要：熱處理是在挖掘金屬材料過(guò)程中重要的工藝過(guò)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(duì)熱處理過(guò)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(cè)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(guò)準(zhǔn)確地制定工藝過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

對(duì)于目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)大多數(shù)企業(yè)都是通過(guò)應(yīng)用測(cè)量熱處理對(duì)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(guò)檢測(cè)冷卻介質(zhì)的方式對(duì)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(méi)有監(jiān)控。

1 試驗(yàn)方式

本文通過(guò)采用實(shí)時(shí)測(cè)溫技術(shù)直接對(duì)工件的溫度進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試的過(guò)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(duì)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(pán)形低合金鋼作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將其與工件一同安放在專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)材料的組織中，再采用RJJ-75-9井式爐和回火爐對(duì)工件進(jìn)行加工處理。采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)溫計(jì)數(shù)對(duì)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(cè)溫計(jì)數(shù)能夠連續(xù)地對(duì)工件進(jìn)行熱處理，以確保能夠在處理過(guò)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(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)溫的原件進(jìn)行組成。圖1中顯示的是采用力控制軟件開(kāi)發(fā)的多形通道計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、顯示并且記錄的測(cè)溫系統(tǒng)，利用K型鎳鉻-鎳硅熱電偶進(jìn)行測(cè)試元件，通過(guò)將加熱的電偶測(cè)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(cè)溫技術(shù)，能夠保障連續(xù)對(duì)元件進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)于不同的部位和試樣上測(cè)量溫度數(shù)值和時(shí)間，對(duì)于得到所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整理，以此來(lái)確定工件的熱處理的過(guò)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(guò)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(guò)程

在每一個(gè)盤(pán)形工件的外徑處，上下每一個(gè)部分都安置一個(gè)測(cè)溫的中心點(diǎn)，隨著在試樣中心的位置為1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，一共安裝3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。詳情見(jiàn)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(cè)點(diǎn)的升溫速度均不相同，其中測(cè)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(cè)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(guò)淬火冷卻的過(guò)程能夠看出，測(cè)點(diǎn)3的降溫速度最迅速，測(cè)點(diǎn)2的速度相對(duì)較慢，而測(cè)點(diǎn)1的速度最慢。由于測(cè)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(cè)點(diǎn)3一般分布在盤(pán)形的工件下方，因此降溫的速度基本比測(cè)點(diǎn)1較快。通過(guò)對(duì)3個(gè)測(cè)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(guò)分析進(jìn)行比對(duì)，可以得出淬火組織一般為馬氏體。通過(guò)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(guò)幾個(gè)注重的點(diǎn)能夠反映出工藝結(jié)果，針對(duì)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(guò)淬火的加熱階段能夠得出，一旦盤(pán)形工件的底部測(cè)點(diǎn)2達(dá)到設(shè)定的加熱溫度時(shí)，頂部的測(cè)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(huì)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(guò)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(guò)淬火過(guò)程冷卻監(jiān)控能夠得出，在淬火前每個(gè)工件的測(cè)溫點(diǎn)和試樣測(cè)溫點(diǎn)的溫度應(yīng)該在810℃以上，并沒(méi)有發(fā)生任何的組織變化，也可以通過(guò)淬火后的組織并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的鐵元素或者珠光體等有效組織，因此并沒(méi)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(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其中的實(shí)測(cè)溫度應(yīng)該低于100℃。通過(guò)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(guò)程，通過(guò)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(guò)程中，剛開(kāi)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(guò)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(guò)程中對(duì)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(guò)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(cè)，通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(duì)此需要針對(duì)獲得過(guò)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(guò)程中速度對(duì)于組織的性能沒(méi)有太大的影響。

其次，要對(duì)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(cè)試的試樣能夠通過(guò)有本體取樣的方式和隨爐試塊的兩種模式。通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行全面的加工和對(duì)此性能進(jìn)行統(tǒng)一的測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式能夠發(fā)現(xiàn)不同位置上的測(cè)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(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)其中的三個(gè)測(cè)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(guò)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(guò)對(duì)鉤尾框的其中測(cè)點(diǎn)進(jìn)行研究，能夠發(fā)現(xiàn)其中的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度位置進(jìn)行拉伸和屈服的強(qiáng)度基本都會(huì)低于其他位置點(diǎn)的強(qiáng)度，主要是由于在淬火加熱的過(guò)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(cè)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(guò)合理的對(duì)熱處理進(jìn)行工藝規(guī)范的嚴(yán)格制定方式，能夠通過(guò)上述的分析數(shù)據(jù)得知，對(duì)于E級(jí)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(guò)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(yǔ)

為了能夠采用實(shí)施測(cè)溫的技術(shù)對(duì)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(guò)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(guò)利用實(shí)施測(cè)溫的技術(shù)能夠用來(lái)進(jìn)行對(duì)熱處理工藝過(guò)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(jiǎn)介：邱智海（1973-），男，湖南衡陽(yáng)人，湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)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(jí)工程師，研究方向：化工系統(tǒng)工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）