熱處理技術在工業(yè)發(fā)展中的情況分析與應用
前言
美國宇航材料規(guī)范AMS 2750《高溫測量》，現在zui新版是SAE AMS 2750 G，是航空系統(tǒng)Nadcap認證的依據�，F在汽車行業(yè)熱處理評估也是按照AMS 2750G執(zhí)行。AMS 2750主要內容涉及:溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設備、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，這關乎到大家的出行安全。航空工業(yè)生產各種高強度飛行器,選用各種高強度的新型材料,發(fā)展近無余量成形技術、精密和超精密加工技術、柔性加工生產線等精密制造技術。為適應新材料和精密制造技術發(fā)展,航空熱處理重要發(fā)展方向是以AMS2750E/F/G質量標準為指引的精密熱處理,實現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。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。可控滲碳已取代傳統(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)電爐已得到廣泛應用，并已成為鋁合金熱處理的主要爐型。有機淬火介質在鋁合金淬火中的應用取得了突破，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)中得到應用。智能儀表和計算機廣泛應用于過程控制，航空熱處理車間開始出現計算機網絡，使熱處理車間呈現出現代化的氛圍。
(2)實施熱處理質量控制，在采用熱處理技術的同時，重視對傳統(tǒng)熱處理的技術改造。普通電爐實現了節(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。實現了對爐溫均勻性的檢測和管理，提高了質量控制水平。
(3)航空熱處理標準化體系更加完善和。以“航空熱處理質量控制”為龍頭，補充完善了各類航空材料的熱處理工藝標準和質量檢驗標準，建立了一系列熱處理工藝材料標準，制定了真空熱處理、氮基氣氛保護熱處理、鋁合金電導率測量等新工藝標準。目前航空熱處理標準有40多項，形成了完整的體系，并得到了認真執(zhí)行。
2.質量控制和爐溫均勻性檢測
(1)質量控制。熱處理是通過改變材料的結構來達到機械零件或產品的安全性和可靠性的工藝過程。熱療的特點之一是屬于“內科學”。熱處理的質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量。第二個特點是熱處理質量影響大，熱處理生產投入批量，連續(xù)生產。熱處理質量問題一旦發(fā)生，會對生產和產品造成很大影響。另一方面，熱處理對象多為加工半結晶或成品零件，如果熱處理質量出現問題，會造成很大損失。更重要的是，在熱處理缺陷被遺漏時，容易造成嚴重的機械事故，造成更大的損失。因此，從質量控制的角度來看，熱處理是一個特殊的過程，應采取特殊的措施，實施質量控制，制定特殊的工藝規(guī)程和檢驗規(guī)程。熱處理的質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。
熱處理質量工作全員參與，質量控制貫穿于熱處理過程的每一個環(huán)節(jié)，包括基礎條件質量控制、熱處理前質量控制、熱處理中質量控制、熱處理后質量控制，主要包括人員質量控制、設備儀表控制、工藝材料和槽液控制、過程控制、技術文件和資料控制。
實施熱處理質量控制，就是要改變過去只靠最終檢驗的被動檢查來質量的傳統(tǒng)觀念和制度，實行以預防為主、防檢結合的主動控制質量模式，把重點轉移到質量形成過程的控制上來，把熱處理缺陷消除在質量形成過程中。熱處理質量控制是一項系統(tǒng)工程，它集專業(yè)技術、管理技術和科學方法于一體。
(2)熱處理爐的爐溫均勻性
為了使熱處理零件達到預期的使用性能,在熱處理加熱過程中,全部零件及零件的所有部位均應處于熱處理工藝參數要求的溫度范圍內，為此，熱處理爐應能準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)內各檢測點的溫度之間zui大溫度差。熱處理爐根據爐溫均勻性分為五類，其技術要求如表1所示。
各種熱處理爐根據設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在生產過程中根據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，均應檢測爐溫均勻:①新添置的熱處理爐正式投產前,或者閑置半年以上重新啟用:②經大修或技術改造后;③熱處理爐生產對象或工藝變更，需要改變有效加熱區(qū)尺寸或使用溫度范圍;④保護氣氛類別或使用量發(fā)生重大變化:⑤控溫或測溫熱電偶位置改變;⑥發(fā)生質量事故，分析認為可能與爐溫不均勻有關;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》進行。爐溫均勻性實行掛牌管理，明確標明爐子有效.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)內加熱,這樣才真正達到爐溫均勻性檢測和管理的目的。
3、熱處理技術的突破
熱處理是指利用加熱或冷卻來獲得預期的結果。材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進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識。例如材料的硬化或軟化。熱處理技術包括退火、表面硬化、析出強化、回火、正火和淬火。現行的標準有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)中心以現行標準為指導，集眾多技術科研人員進行研發(fā)設計，在前陣子取得突破性的進展，現設備正在調試中，有望在不久將投入市場，為工業(yè)試驗等領域添磚加瓦。
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，設有設計研發(fā)中心和生產工廠，生產面積6000多平方米，每年生產約1000臺環(huán)境試驗箱。公司在北京、上海、武漢、成都、重慶、香港設有銷售和維修服務中心。全球有數以萬計的客戶選擇廣東宏展科技有限公司的產品，裝配在他們的實驗室、生產線，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、手機等產品。 通過提升產品質量和可靠性，減少廢棄產品和失敗產品，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》，現在zui新版是SAE AMS 2750 G，是航空系統(tǒng)Nadcap認證的依據�，F在汽車行業(yè)熱處理評估也是按照AMS 2750G執(zhí)行。AMS 2750主要內容涉及:溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設備、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，這關乎到大家的出行安全。航空工業(yè)生產各種高強度飛行器,選用各種高強度的新型材料,發(fā)展近無余量成形技術、精密和超精密加工技術、柔性加工生產線等精密制造技術。為適應新材料和精密制造技術發(fā)展,航空熱處理重要發(fā)展方向是以AMS2750E/F/G質量標準為指引的精密熱處理,實現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。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。可控滲碳已取代傳統(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)電爐已得到廣泛應用，并已成為鋁合金熱處理的主要爐型。有機淬火介質在鋁合金淬火中的應用取得了突破，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)中得到應用。智能儀表和計算機廣泛應用于過程控制，航空熱處理車間開始出現計算機網絡，使熱處理車間呈現出現代化的氛圍。
(2)實施熱處理質量控制，在采用熱處理技術的同時，重視對傳統(tǒng)熱處理的技術改造。普通電爐實現了節(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。實現了對爐溫均勻性的檢測和管理，提高了質量控制水平。
(3)航空熱處理標準化體系更加完善和。以“航空熱處理質量控制”為龍頭，補充完善了各類航空材料的熱處理工藝標準和質量檢驗標準，建立了一系列熱處理工藝材料標準，制定了真空熱處理、氮基氣氛保護熱處理、鋁合金電導率測量等新工藝標準。目前航空熱處理標準有40多項，形成了完整的體系，并得到了認真執(zhí)行。
2.質量控制和爐溫均勻性檢測
(1)質量控制。熱處理是通過改變材料的結構來達到機械零件或產品的安全性和可靠性的工藝過程。熱療的特點之一是屬于“內科學”。熱處理的質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量。第二個特點是熱處理質量影響大，熱處理生產投入批量，連續(xù)生產。熱處理質量問題一旦發(fā)生，會對生產和產品造成很大影響。另一方面，熱處理對象多為加工半結晶或成品零件，如果熱處理質量出現問題，會造成很大損失。更重要的是，在熱處理缺陷被遺漏時，容易造成嚴重的機械事故，造成更大的損失。因此，從質量控制的角度來看，熱處理是一個特殊的過程，應采取特殊的措施，實施質量控制，制定特殊的工藝規(guī)程和檢驗規(guī)程。熱處理的質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。
熱處理質量工作全員參與，質量控制貫穿于熱處理過程的每一個環(huán)節(jié)，包括基礎條件質量控制、熱處理前質量控制、熱處理中質量控制、熱處理后質量控制，主要包括人員質量控制、設備儀表控制、工藝材料和槽液控制、過程控制、技術文件和資料控制。
實施熱處理質量控制，就是要改變過去只靠最終檢驗的被動檢查來質量的傳統(tǒng)觀念和制度，實行以預防為主、防檢結合的主動控制質量模式，把重點轉移到質量形成過程的控制上來，把熱處理缺陷消除在質量形成過程中。熱處理質量控制是一項系統(tǒng)工程，它集專業(yè)技術、管理技術和科學方法于一體。
(2)熱處理爐的爐溫均勻性
為了使熱處理零件達到預期的使用性能,在熱處理加熱過程中,全部零件及零件的所有部位均應處于熱處理工藝參數要求的溫度范圍內，為此，熱處理爐應能準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)內各檢測點的溫度之間zui大溫度差。熱處理爐根據爐溫均勻性分為五類，其技術要求如表1所示。
| 表1 熱處理爐按爐溫均勻性分類及技術要求 | ||||
| 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/℃·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 |
各種熱處理爐根據設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在生產過程中根據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，均應檢測爐溫均勻:①新添置的熱處理爐正式投產前,或者閑置半年以上重新啟用:②經大修或技術改造后;③熱處理爐生產對象或工藝變更，需要改變有效加熱區(qū)尺寸或使用溫度范圍;④保護氣氛類別或使用量發(fā)生重大變化:⑤控溫或測溫熱電偶位置改變;⑥發(fā)生質量事故，分析認為可能與爐溫不均勻有關;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》進行。爐溫均勻性實行掛牌管理，明確標明爐子有效.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)內加熱,這樣才真正達到爐溫均勻性檢測和管理的目的。
3、熱處理技術的突破
熱處理是指利用加熱或冷卻來獲得預期的結果。材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進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識。例如材料的硬化或軟化。熱處理技術包括退火、表面硬化、析出強化、回火、正火和淬火。現行的標準有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)中心以現行標準為指導，集眾多技術科研人員進行研發(fā)設計，在前陣子取得突破性的進展，現設備正在調試中，有望在不久將投入市場，為工業(yè)試驗等領域添磚加瓦。
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，設有設計研發(fā)中心和生產工廠，生產面積6000多平方米，每年生產約1000臺環(huán)境試驗箱。公司在北京、上海、武漢、成都、重慶、香港設有銷售和維修服務中心。全球有數以萬計的客戶選擇廣東宏展科技有限公司的產品，裝配在他們的實驗室、生產線，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、手機等產品。 通過提升產品質量和可靠性，減少廢棄產品和失敗產品，讓環(huán)境更好地持續(xù)發(fā)展！
