熱處理技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中的情況分析與應(yīng)用
前言
美國宇航材料規(guī)范AMS 2750《高溫測量》，現(xiàn)在zui新版是SAE AMS 2750 G，是航空系統(tǒng)Nadcap認(rèn)證的依據(jù)。現(xiàn)在汽車行業(yè)熱處理評估也是按照AMS 2750G執(zhí)行。AMS 2750主要內(nèi)容涉及:溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設(shè)備、系統(tǒng)精度校驗、爐溫均勻性測量、試驗爐、記錄等。對分類檢定、校驗方法及頻次有明確規(guī)定。
近年來，航天航空的迅速發(fā)展，大大提高了人們出行的便捷性，同時也讓人們注意到航空器材的重要性，這關(guān)乎到大家的出行安全。航空工業(yè)生產(chǎn)各種高強度飛行器,選用各種高強度的新型材料,發(fā)展近無余量成形技術(shù)、精密和超精密加工技術(shù)、柔性加工生產(chǎn)線等精密制造技術(shù)。為適應(yīng)新材料和精密制造技術(shù)發(fā)展,航空熱處理重要發(fā)展方向是以AMS2750E/F/G質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為指引的精密熱處理,實現(xiàn)精密形狀和尺寸控制及zhun確組織性能控制。
1、航空熱處理這幾年的發(fā)展
(1)采用的熱處理技術(shù)。真空熱處理正以每年約30%的速度增長。氮基氣氛熱處理已成為可控氣氛的優(yōu)良選則�？煽貪B碳已取代傳統(tǒng)的滴注式滲碳，約占50%。氫探頭或氫分析儀(或氨分析儀)控制滲氮發(fā)展迅速，每年新增5~-10套。鋁合金用空氣循環(huán)電爐已得到廣泛應(yīng)用，并已成為鋁合金熱處理的主要爐型。有機淬火介質(zhì)在鋁合金淬火中的應(yīng)用取得了突破，在減少熱處理變形和環(huán)境污染方面顯示出明顯的效果。高能束熱處理，如激光熱處理和離子注入，已在航空工業(yè)中得到應(yīng)用。智能儀表和計算機廣泛應(yīng)用于過程控制，航空熱處理車間開始出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)，使熱處理車間呈現(xiàn)出現(xiàn)代化的氛圍。
(2)實施熱處理質(zhì)量控制，在采用熱處理技術(shù)的同時，重視對傳統(tǒng)熱處理的技術(shù)改造。普通電爐實現(xiàn)了節(jié)能、提高爐溫均勻性、雙偶測溫、儀表智能化，把普通電爐提高了一個檔次。實現(xiàn)了對爐溫均勻性的檢測和管理，提高了質(zhì)量控制水平。
(3)航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)化體系更加完善和。以“航空熱處理質(zhì)量控制”為龍頭，補充完善了各類航空材料的熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，建立了一系列熱處理工藝材料標(biāo)準(zhǔn)，制定了真空熱處理、氮基氣氛保護(hù)熱處理、鋁合金電導(dǎo)率測量等新工藝標(biāo)準(zhǔn)。目前航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)有40多項，形成了完整的體系，并得到了認(rèn)真執(zhí)行。
2.質(zhì)量控制和爐溫均勻性檢測
(1)質(zhì)量控制。熱處理是通過改變材料的結(jié)構(gòu)來達(dá)到機械零件或產(chǎn)品的安全性和可靠性的工藝過程。熱療的特點之一是屬于“內(nèi)科學(xué)”。熱處理的質(zhì)量一般需要用零件或爐樣的使用儀器來檢測。由于檢測率和檢測部位的限制，對于每一批熱處理零件，甚至對于每一個零件，檢測都只是個別的、局部的，無論如何都無法做到熱處理質(zhì)量的100%檢測。檢驗不能反映整批零件或整個零件的熱處理質(zhì)量。第二個特點是熱處理質(zhì)量影響大，熱處理生產(chǎn)投入批量，連續(xù)生產(chǎn)。熱處理質(zhì)量問題一旦發(fā)生，會對生產(chǎn)和產(chǎn)品造成很大影響。另一方面，熱處理對象多為加工半結(jié)晶或成品零件，如果熱處理質(zhì)量出現(xiàn)問題，會造成很大損失。更重要的是，在熱處理缺陷被遺漏時，容易造成嚴(yán)重的機械事故，造成更大的損失。因此，從質(zhì)量控制的角度來看，熱處理是一個特殊的過程，應(yīng)采取特殊的措施，實施質(zhì)量控制，制定特殊的工藝規(guī)程和檢驗規(guī)程。熱處理的質(zhì)量控制是指控制零件在整個熱處理過程中的所有影響因素。
熱處理質(zhì)量工作全員參與，質(zhì)量控制貫穿于熱處理過程的每一個環(huán)節(jié)，包括基礎(chǔ)條件質(zhì)量控制、熱處理前質(zhì)量控制、熱處理中質(zhì)量控制、熱處理后質(zhì)量控制，主要包括人員質(zhì)量控制、設(shè)備儀表控制、工藝材料和槽液控制、過程控制、技術(shù)文件和資料控制。
實施熱處理質(zhì)量控制，就是要改變過去只靠最終檢驗的被動檢查來質(zhì)量的傳統(tǒng)觀念和制度，實行以預(yù)防為主、防檢結(jié)合的主動控制質(zhì)量模式，把重點轉(zhuǎn)移到質(zhì)量形成過程的控制上來，把熱處理缺陷消除在質(zhì)量形成過程中。熱處理質(zhì)量控制是一項系統(tǒng)工程，它集專業(yè)技術(shù)、管理技術(shù)和科學(xué)方法于一體。
(2)熱處理爐的爐溫均勻性
為了使熱處理零件達(dá)到預(yù)期的使用性能,在熱處理加熱過程中,全部零件及零件的所有部位均應(yīng)處于熱處理工藝參數(shù)要求的溫度范圍內(nèi)，為此，熱處理爐應(yīng)能準(zhǔn)確的控制和記錄加熱溫度并使得爐膛中工作區(qū)各處的爐溫均勻一致。
熱處理爐爐膛工作區(qū)內(nèi)各處溫度均勻一致的程度一般用“爐溫均勻性”(也稱保溫精度）來示。所謂爐溫均勻性，是指爐子在熱穩(wěn)定狀態(tài)下溫度自動記錄儀表指示的溫度與工作區(qū)內(nèi)各檢測點的溫度之間zui大溫度差。熱處理爐根據(jù)爐溫均勻性分為五類，其技術(shù)要求如表1所示。
各種熱處理爐根據(jù)設(shè)計和制造水平都給定一個額定工作區(qū)（也稱有效加熱區(qū)〉尺寸，并維持一定的爐溫均勻性,為了及時掌握熱處理爐爐溫均勻性變化情況還應(yīng)在生產(chǎn)過程中根據(jù)爐子情況變化檢測爐溫均勻性及定期檢測爐溫均勻性。具有下列條件之一者，均應(yīng)檢測爐溫均勻:①新添置的熱處理爐正式投產(chǎn)前,或者閑置半年以上重新啟用:②經(jīng)大修或技術(shù)改造后;③熱處理爐生產(chǎn)對象或工藝變更，需要改變有效加熱區(qū)尺寸或使用溫度范圍;④保護(hù)氣氛類別或使用量發(fā)生重大變化:⑤控溫或測溫?zé)犭娕嘉恢酶淖?⑥發(fā)生質(zhì)量事故，分析認(rèn)為可能與爐溫不均勻有關(guān);⑦定期檢測。定期檢測周期及溫度儀表檢測周期如表2所示。
爐溫均勻性一般在空載條件下測定，如有必要也可在半載或滿載情況測定。測定方法多采用體積法，也可采用截面法、單點法，爐溫均勻性測試按HB 5425-89《航空制件熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法》進(jìn)行。爐溫均勻性實行掛牌管理，明確標(biāo)明爐子有效.工作區(qū)尺寸和部位、爐子類別、本次和下次檢定日期等。在熱處理生產(chǎn)過程中，還要按熱處理工藝要求把處理的.工件放置到有效工作區(qū)內(nèi)加熱,這樣才真正達(dá)到爐溫均勻性檢測和管理的目的。
3、熱處理技術(shù)的突破
熱處理是指利用加熱或冷卻來獲得預(yù)期的結(jié)果。材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進(jìn)展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。例如材料的硬化或軟化。熱處理技術(shù)包括退火、表面硬化、析出強化、回火、正火和淬火�，F(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T7232-2012、GB/T8121-2002、GB/T9452-2003、GB/Z18718-2002、GB/T22561-2008和AMS2750 E/F/G等，宏展科技研發(fā)中心以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，集眾多技術(shù)科研人員進(jìn)行研發(fā)設(shè)計，在前陣子取得突破性的進(jìn)展，現(xiàn)設(shè)備正在調(diào)試中，有望在不久將投入市場，為工業(yè)試驗等領(lǐng)域添磚加瓦。
廣東宏展科技有限公司成立于2005年5月4日，總部位于中國廣東省東莞市，設(shè)有設(shè)計研發(fā)中心和生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)面積6000多平方米，每年生產(chǎn)約1000臺環(huán)境試驗箱。公司在北京、上海、武漢、成都、重慶、香港設(shè)有銷售和維修服務(wù)中心。全球有數(shù)以萬計的客戶選擇廣東宏展科技有限公司的產(chǎn)品，裝配在他們的實驗室、生產(chǎn)線，通過更合適、更可靠、更有效的方式測試汽車、火車、飛機、衛(wèi)星、手機等產(chǎn)品。 通過提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，減少廢棄產(chǎn)品和失敗產(chǎn)品，讓環(huán)境更好地持續(xù)發(fā)展！
美國宇航材料規(guī)范AMS 2750《高溫測量》，現(xiàn)在zui新版是SAE AMS 2750 G，是航空系統(tǒng)Nadcap認(rèn)證的依據(jù)。現(xiàn)在汽車行業(yè)熱處理評估也是按照AMS 2750G執(zhí)行。AMS 2750主要內(nèi)容涉及:溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設(shè)備、系統(tǒng)精度校驗、爐溫均勻性測量、試驗爐、記錄等。對分類檢定、校驗方法及頻次有明確規(guī)定。
近年來，航天航空的迅速發(fā)展，大大提高了人們出行的便捷性，同時也讓人們注意到航空器材的重要性，這關(guān)乎到大家的出行安全。航空工業(yè)生產(chǎn)各種高強度飛行器,選用各種高強度的新型材料,發(fā)展近無余量成形技術(shù)、精密和超精密加工技術(shù)、柔性加工生產(chǎn)線等精密制造技術(shù)。為適應(yīng)新材料和精密制造技術(shù)發(fā)展,航空熱處理重要發(fā)展方向是以AMS2750E/F/G質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為指引的精密熱處理,實現(xiàn)精密形狀和尺寸控制及zhun確組織性能控制。
1、航空熱處理這幾年的發(fā)展
(1)采用的熱處理技術(shù)。真空熱處理正以每年約30%的速度增長。氮基氣氛熱處理已成為可控氣氛的優(yōu)良選則�？煽貪B碳已取代傳統(tǒng)的滴注式滲碳，約占50%。氫探頭或氫分析儀(或氨分析儀)控制滲氮發(fā)展迅速，每年新增5~-10套。鋁合金用空氣循環(huán)電爐已得到廣泛應(yīng)用，并已成為鋁合金熱處理的主要爐型。有機淬火介質(zhì)在鋁合金淬火中的應(yīng)用取得了突破，在減少熱處理變形和環(huán)境污染方面顯示出明顯的效果。高能束熱處理，如激光熱處理和離子注入，已在航空工業(yè)中得到應(yīng)用。智能儀表和計算機廣泛應(yīng)用于過程控制，航空熱處理車間開始出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)，使熱處理車間呈現(xiàn)出現(xiàn)代化的氛圍。
(2)實施熱處理質(zhì)量控制，在采用熱處理技術(shù)的同時，重視對傳統(tǒng)熱處理的技術(shù)改造。普通電爐實現(xiàn)了節(jié)能、提高爐溫均勻性、雙偶測溫、儀表智能化，把普通電爐提高了一個檔次。實現(xiàn)了對爐溫均勻性的檢測和管理，提高了質(zhì)量控制水平。
(3)航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)化體系更加完善和。以“航空熱處理質(zhì)量控制”為龍頭，補充完善了各類航空材料的熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，建立了一系列熱處理工藝材料標(biāo)準(zhǔn)，制定了真空熱處理、氮基氣氛保護(hù)熱處理、鋁合金電導(dǎo)率測量等新工藝標(biāo)準(zhǔn)。目前航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)有40多項，形成了完整的體系，并得到了認(rèn)真執(zhí)行。
2.質(zhì)量控制和爐溫均勻性檢測
(1)質(zhì)量控制。熱處理是通過改變材料的結(jié)構(gòu)來達(dá)到機械零件或產(chǎn)品的安全性和可靠性的工藝過程。熱療的特點之一是屬于“內(nèi)科學(xué)”。熱處理的質(zhì)量一般需要用零件或爐樣的使用儀器來檢測。由于檢測率和檢測部位的限制，對于每一批熱處理零件，甚至對于每一個零件，檢測都只是個別的、局部的，無論如何都無法做到熱處理質(zhì)量的100%檢測。檢驗不能反映整批零件或整個零件的熱處理質(zhì)量。第二個特點是熱處理質(zhì)量影響大，熱處理生產(chǎn)投入批量，連續(xù)生產(chǎn)。熱處理質(zhì)量問題一旦發(fā)生，會對生產(chǎn)和產(chǎn)品造成很大影響。另一方面，熱處理對象多為加工半結(jié)晶或成品零件，如果熱處理質(zhì)量出現(xiàn)問題，會造成很大損失。更重要的是，在熱處理缺陷被遺漏時，容易造成嚴(yán)重的機械事故，造成更大的損失。因此，從質(zhì)量控制的角度來看，熱處理是一個特殊的過程，應(yīng)采取特殊的措施，實施質(zhì)量控制，制定特殊的工藝規(guī)程和檢驗規(guī)程。熱處理的質(zhì)量控制是指控制零件在整個熱處理過程中的所有影響因素。
熱處理質(zhì)量工作全員參與，質(zhì)量控制貫穿于熱處理過程的每一個環(huán)節(jié)，包括基礎(chǔ)條件質(zhì)量控制、熱處理前質(zhì)量控制、熱處理中質(zhì)量控制、熱處理后質(zhì)量控制，主要包括人員質(zhì)量控制、設(shè)備儀表控制、工藝材料和槽液控制、過程控制、技術(shù)文件和資料控制。
實施熱處理質(zhì)量控制，就是要改變過去只靠最終檢驗的被動檢查來質(zhì)量的傳統(tǒng)觀念和制度，實行以預(yù)防為主、防檢結(jié)合的主動控制質(zhì)量模式，把重點轉(zhuǎn)移到質(zhì)量形成過程的控制上來，把熱處理缺陷消除在質(zhì)量形成過程中。熱處理質(zhì)量控制是一項系統(tǒng)工程，它集專業(yè)技術(shù)、管理技術(shù)和科學(xué)方法于一體。
(2)熱處理爐的爐溫均勻性
為了使熱處理零件達(dá)到預(yù)期的使用性能,在熱處理加熱過程中,全部零件及零件的所有部位均應(yīng)處于熱處理工藝參數(shù)要求的溫度范圍內(nèi)，為此，熱處理爐應(yīng)能準(zhǔn)確的控制和記錄加熱溫度并使得爐膛中工作區(qū)各處的爐溫均勻一致。
熱處理爐爐膛工作區(qū)內(nèi)各處溫度均勻一致的程度一般用“爐溫均勻性”(也稱保溫精度）來示。所謂爐溫均勻性，是指爐子在熱穩(wěn)定狀態(tài)下溫度自動記錄儀表指示的溫度與工作區(qū)內(nèi)各檢測點的溫度之間zui大溫度差。熱處理爐根據(jù)爐溫均勻性分為五類，其技術(shù)要求如表1所示。
| 表1 熱處理爐按爐溫均勻性分類及技術(shù)要求 | ||||
| 類別 | 有效加熱區(qū)爐溫均勻性/℃ | 控溫精度/℃ | 儀表精度等級 | 記錄紙讀數(shù)/℃·mm-1 |
| 不小于 | 不小于 | |||
| Ⅰ | ±3 | ±1.0 | 0.25 | 2 |
| Ⅱ | ±5 | ±1.5 | 0.3 | 4 |
| Ⅲ | ±10 | ±5.0 | 0.5 | 5 |
| Ⅳ | ±15 | ±8.0 | 0.5 | 6 |
| Ⅴ | ±20 | ±10.0 | 0.5 | 8 |
各種熱處理爐根據(jù)設(shè)計和制造水平都給定一個額定工作區(qū)（也稱有效加熱區(qū)〉尺寸，并維持一定的爐溫均勻性,為了及時掌握熱處理爐爐溫均勻性變化情況還應(yīng)在生產(chǎn)過程中根據(jù)爐子情況變化檢測爐溫均勻性及定期檢測爐溫均勻性。具有下列條件之一者，均應(yīng)檢測爐溫均勻:①新添置的熱處理爐正式投產(chǎn)前,或者閑置半年以上重新啟用:②經(jīng)大修或技術(shù)改造后;③熱處理爐生產(chǎn)對象或工藝變更，需要改變有效加熱區(qū)尺寸或使用溫度范圍;④保護(hù)氣氛類別或使用量發(fā)生重大變化:⑤控溫或測溫?zé)犭娕嘉恢酶淖?⑥發(fā)生質(zhì)量事故，分析認(rèn)為可能與爐溫不均勻有關(guān);⑦定期檢測。定期檢測周期及溫度儀表檢測周期如表2所示。
| 表2 爐溫均勻性和溫度儀表檢測周期 | ||
| 熱處理類別 | 爐溫均勻性 | 溫度儀表 |
| Ⅰ | 1個月 | 半年 |
| Ⅱ | 半年 | 半年 |
| Ⅲ | 半年 | 半年 |
| Ⅳ | 半年 | 半年 |
| Ⅴ | 1年 | 1年 |
爐溫均勻性一般在空載條件下測定，如有必要也可在半載或滿載情況測定。測定方法多采用體積法，也可采用截面法、單點法，爐溫均勻性測試按HB 5425-89《航空制件熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法》進(jìn)行。爐溫均勻性實行掛牌管理，明確標(biāo)明爐子有效.工作區(qū)尺寸和部位、爐子類別、本次和下次檢定日期等。在熱處理生產(chǎn)過程中，還要按熱處理工藝要求把處理的.工件放置到有效工作區(qū)內(nèi)加熱,這樣才真正達(dá)到爐溫均勻性檢測和管理的目的。
3、熱處理技術(shù)的突破
熱處理是指利用加熱或冷卻來獲得預(yù)期的結(jié)果。材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進(jìn)展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。例如材料的硬化或軟化。熱處理技術(shù)包括退火、表面硬化、析出強化、回火、正火和淬火�，F(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T7232-2012、GB/T8121-2002、GB/T9452-2003、GB/Z18718-2002、GB/T22561-2008和AMS2750 E/F/G等，宏展科技研發(fā)中心以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，集眾多技術(shù)科研人員進(jìn)行研發(fā)設(shè)計，在前陣子取得突破性的進(jìn)展，現(xiàn)設(shè)備正在調(diào)試中，有望在不久將投入市場，為工業(yè)試驗等領(lǐng)域添磚加瓦。
廣東宏展科技有限公司成立于2005年5月4日，總部位于中國廣東省東莞市，設(shè)有設(shè)計研發(fā)中心和生產(chǎn)工廠，生產(chǎn)面積6000多平方米，每年生產(chǎn)約1000臺環(huán)境試驗箱。公司在北京、上海、武漢、成都、重慶、香港設(shè)有銷售和維修服務(wù)中心。全球有數(shù)以萬計的客戶選擇廣東宏展科技有限公司的產(chǎn)品，裝配在他們的實驗室、生產(chǎn)線，通過更合適、更可靠、更有效的方式測試汽車、火車、飛機、衛(wèi)星、手機等產(chǎn)品。 通過提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，減少廢棄產(chǎn)品和失敗產(chǎn)品，讓環(huán)境更好地持續(xù)發(fā)展！
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