針對實時測溫技術確定熱處理工藝規范的研究

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，為了能夠提高其調質熱處理工藝產生的效果，需要對熱處理過程中的加熱溫度、時間、冷卻時間等關鍵的工藝參數進行測試和監控，以便能夠科學地制定熱處理的工藝規范，通過準確地制定工藝過程，進而能夠得到較好的熱處理效果。文章探討了實時測溫技術確定熱處理工藝規范的要求。

關鍵詞：實時測溫技術；熱處理工藝；規范要求；金屬材料；計算機檢測系統 文獻標識碼：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，我國大多數企業都是通過應用測量熱處理對加熱爐中的溫度進行加溫，主要使其溫度能夠代替工件的實際溫度，并且能夠以此為依據確定溫度的加熱和保溫時間。再通過檢測冷卻介質的方式對溫度和工件在介質中的時間進行合理的控制，將工件放置在冷卻的介質中，其中的溫度在介質中實際的溫度并沒有監控。

1 試驗方式

本文通過采用實時測溫技術直接對工件的溫度進行測試，在測試的過程中涉及到所有的溫度和時間進行嚴格的監控，進一步能夠實現對于工件采取熱處理的實時監控，以此能夠制定科學的熱處理工藝制度，進而保障其工藝的效果和質量。

利用盤形低合金鋼作為整個實驗對象，將其與工件一同安放在專業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行加工處理。采用計算機實時測溫計數對其進行熱處理工藝深入的研究。計算機在應用實時的測溫計數能夠連續地對工件進行熱處理，以確保能夠在處理過程中加熱和冷卻中的溫度和時間能夠有所穩定，這項技術通過計算機對實時監測和測溫的原件進行組成。圖1中顯示的是采用力控制軟件開發的多形通道計算機監測、顯示并且記錄的測溫系統，利用K型鎳鉻-鎳硅熱電偶進行測試元件，通過將加熱的電偶測溫元件焊接在工件上，并且將其一同進入裝爐。

本文采用計算機實施測溫技術，能夠保障連續對元件進行測量，針對于不同的部位和試樣上測量溫度數值和時間，對于得到所測量的數據進行分析與整理，以此來確定工件的熱處理的過程中加熱的溫度和時間以及入油溫度和時間，包括在油中工件停留的時間等一系列工藝參數，并且通過這個方式能夠判斷制定熱處理的相關工藝規范。

2 實驗結果與分析

2.1 實驗過程

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

根據有關工件的要求，其中采用的工藝參數基本為：淬火在加熱時的溫度為（870±10）℃，其中保溫的時間為90min；回火加熱的溫度一般為（600±10）℃，保溫的時間為120min；淬火的冷卻介質溫度應該控制在50℃以下，其中工件出油溫度應該控制在100℃。由于三個測點的升溫速度均不相同，其中測點3的溫度提升最快，并且最先達到保溫的溫度，由于測點3是監控實時爐試樣溫度，因此式樣的體積較小，導致升溫迅速。通過淬火冷卻的過程能夠看出，測點3的降溫速度最迅速，測點2的速度相對較慢，而測點1的速度最慢。由于測點3是監控隨爐試樣，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1較快。通過對3個測點分別進行監控，能夠發現淬火和回火后組織速度不同，能夠通過分析進行比對，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 結果分析

首先，通過幾個注重的點能夠反映出工藝結果，針對加熱的溫度和保溫的時間得出，要不斷根據工藝的要求，將熱處理的使用爐設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2達到設定的加熱溫度時，頂部的測溫位置在停滯39min后才能夠達到設定的加熱溫度，顯然這樣的停滯現象是由于熱處理中的爐內溫度不夠均勻才會導致的，因此為了能夠使每個工件每個部位都能夠達成奧氏體和均勻化的要求，在加熱到溫的時間計算就需要向后推遲30min。

其次，通過淬火的溫度和時間進行思考，根據公式能夠計算出這樣的奧氏體在轉化溫度的時候Ac3為801℃，馬氏體的轉化溫度應該為324℃。通過淬火過程冷卻監控能夠得出，在淬火前每個工件的測溫點和試樣測溫點的溫度應該在810℃以上，并沒有發生任何的組織變化，也可以通過淬火后的組織并沒有發現相對應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。在工件從出爐導入進油中總共需要33s，在工件先進入油的部分與最后倒入油的時間相差為3s。除此之外，進入油5min以后能夠通過監測發現其中的實測溫度應該低于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，從出爐到入油的時間應該準確地控制在33s以內，入油5min以后就能夠全面地結束淬火的過程，通過利用回火的溫度和時間能夠準確地得出相應的結論。為了防止由于淬火冷卻溫度較低引起的工件上出現裂痕，需要在將近100℃立刻結束淬火的冷卻，并且要盡快地將工件轉移至回火爐中進行回火處理。在工件進行回火的過程中，剛開始的加熱溫度大致為100℃左右，進而能夠實現精準的控制過程。在工件每個部位能夠看出由于溫度停滯的現象不夠明顯，在回火保溫的過程中對工件的各個部位進行忽略，以此能夠保障工件每一個部位實際的加熱溫度不夠同步的現象產生。

最后，通過試樣的力學性能能夠對隨爐試驗進行其性能的檢測，通過結果數據能夠看出：抗拉的強度為1010MPa，屈服的強度基本為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，進而能夠取得優質的熱處理效果。

2.3 實驗分析

首先，通過回火加熱和冷卻溫度變化規律進行分析。在進行鍛造鉤尾框的調質進行熱處理的工藝中，由于淬火是整個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行實時的監控。在淬火之后要及時地進行回火，將其加熱到（600±10）℃，保溫的時間為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性能和金相的組織進行思考與分析。利用性能和組織性進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。通過對試樣進行全面的加工和對此性能進行統一的測試，通過實驗的方式能夠發現不同位置上的測點都能夠代表出自身獨特的性質，其中在本樣進行隨機取樣的過程中，能夠發現其中的三個測試點能夠分別代表鉤尾框的尾部、中部和頭部三個位置。經過分析能夠得知，鉤尾框在進行調質處理的時候，其在處理前的材料和組織能夠是珠光體和鐵素體的結合，調質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進行研究，能夠發現其中的兩個測點溫度位置進行拉伸和屈服的強度基本都會低于其他位置點的強度，主要是由于在淬火加熱的過程中這兩點的加熱速度較慢，因此導致保溫的時間較短。盡管如此，鉤尾框的每個測點溫度組織和其中力學的性能結果都能夠滿足有關規定的具體

要求。

最后，經過合理的對熱處理進行工藝規范的嚴格制定方式，能夠通過上述的分析數據得知，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，其中主要的保溫時間要控制在120min；從出爐一直到入水的時間不能多于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；工件在出水的時候其中溫度要小于200℃。

3 結語

為了能夠采用實施測溫的技術對于工件進行監控，其中監控的工件在進行熱處理加熱和冷卻的過程中，其主要的溫度和時間都能夠成為科學制定熱處理的工藝規范標準。通過利用實施測溫的技術能夠用來進行對熱處理工藝過程中進行嚴格的控制，保障其中工件的質量足夠穩定，進而能夠實現熱處理優質的效果。

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

（責任編輯：蔣建華）