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航空航天和汽車熱處理

什么是熱處理？

熱處理是指利用加熱或冷卻來獲得預期的結果，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。


在熱處理行業(yè)中，通常有兩種類型的業(yè)務，第一種是專用熱處理設備，它們是企業(yè)內(nèi)部大型制造設施和熱處理部件的組成部分。第二種是

商業(yè)熱處理設備，作為分包服務向各種客戶和市場提供熱處理。


商業(yè)熱處理業(yè)務會處理許多不同種類、形狀和尺寸各異的材料。有時加熱工藝是多階段的，并且會在多個不同類型的加熱爐中進行以獲得

預期的性能。但這會帶來許多問題，首先，監(jiān)控所有被加工部件的工藝溫度是不切實際的，有時也是不可能的。其次，一些熱處理工藝如

果不能妥善實施，則將導致產(chǎn)品的性能不符合要求。而通常，熱處理屬于精加工工藝，這就可能導致部件不合格或者被廢棄，而廢棄這些

部件的成本非常高。尤其航空航天和汽車行業(yè)更是如此。


那么，工藝工程師如何確保用于加工零件的設備能達到預期目標呢？對“加工后”的部件進行測試就會知道加工處理是否成功，但為了避

免不必要的廢棄和返工，就需要在加工部件前知道加工是否能夠取得成功。要做到這一點，就需要制定一套設備測試方案，利用該方案對

加熱爐進行分析，然后將這種分析結果應用到工藝規(guī)范中。這反過來也可以確保用于加工部件的設備能夠高效運行，從而獲得可重復且一

致的結果，滿足最終客戶的應用需求。這些加熱爐分類規(guī)范通常被稱為高溫測量規(guī)范。


航空航天和汽車工業(yè)中的高溫測量規(guī)范

這兩個行業(yè)中存在多種高溫測量規(guī)范。例如，在航空航天工業(yè)中，有 OEM 客戶編寫的 BAC 5621 和 RPS 953，還有 BS 2M 54 和 DIN 17052-1 

等國家標準。汽車行業(yè)也有類似的標準。


然而，本文將重點介紹航空航天工業(yè)（即 AMS 2750）和汽車工業(yè)（CQI-9）中廣泛采用的兩種規(guī)范。


這兩個規(guī)范都包含若干個部分，分別列出了對儀表、熱加工設備、熱電偶、溫度均勻性測量 (TUS) 和系統(tǒng)精度測試 (SAT) 的要求。


設備分類（儀表）

CQI-9

CQI-9 中對儀表的要求不如 AMS 2750 中那么嚴格。關鍵的要求是對控制加熱爐的儀器進行校準，并可追溯至國家標準?？刂苾x器測量的溫度

還必須由單獨的記錄儀器進行記錄。對于特定工藝，工藝表 A-H 列出了更嚴格的儀器要求。CQI-9 中的工藝表列出了針對特定工藝的最小容差

要求（參見 CQI-9 中附錄）。


AMS 2750

AMS 2750 中對于儀表的要求更為詳細。該規(guī)范將儀表分為了五種類型 A-E。每種儀表類型所需的儀器和傳感器如下圖所示：

1.png

每種傳感器類型的定義可參見上圖。


加熱爐溫度容限

針對給定產(chǎn)品的溫度容限要求通常在工藝規(guī)范中的材料要求部分予以規(guī)定，在某些情況下則會在圖紙上列出。加熱爐溫度容限的評估通過實施 

TUS 來完成，TUS 將在本位后面部分予以介紹。一旦確定好后，該容限（在 AMS 2750 中則為儀表分類）將影響儀表校準、未來 TUS 和 SAT 

測試的頻率和精度要求。


AMS 2750 中并未列出適用于特定工藝的溫度容限，但提供了工藝規(guī)范通常引用的加熱爐類別的容限范圍表，如下所示：

2.png


熱電偶

Cqi9 和 AMS2750 均詳細說明了每種熱電偶的校準頻率和精度以及使用限制。CQI-9 和 AMS 2750 在具體規(guī)定方面存在差異，具體取決于熱電

偶的功能以及熱電偶類型和使用溫度。


溫度均勻性檢測 (TUS)

溫度均勻性檢測用于評估加熱爐工作區(qū)域內(nèi)的溫度變化。熱電偶通常采用盒式或柱式結構進行配置。所需的熱電偶數(shù)量取決于工作空間的體積

和加熱爐的類別。使用了特定的現(xiàn)場測試儀器來記錄 TUS 傳感器（并非工藝記錄器）輸出的信息。


該檢測需要至少 30 分鐘的良好數(shù)據(jù)（以 2 分鐘或更短的間隔進行記錄）。將在后面討論的連續(xù)式加熱爐是個例外。


熱電偶的典型配置圖如下所示：

3.png

檢測期間的關鍵點（如下圖所示）

4.png

P1 - 監(jiān)控開始。這時，第一個熱電偶穿過監(jiān)控閾值線。這是曲線起始點，也是圖表上的第一個標記點。從這點開始捕獲數(shù)據(jù)。


P2 - 最后一個熱電偶超過容限設定值。


P3 - 穩(wěn)定期開始。所有熱電偶均在容限范圍內(nèi)，未偏離設定值。


P4  - 穩(wěn)定期結束。該點被定義為 P3 +測量周期，是曲線結束的點，也是圖標上的第三個標記點。 這也是數(shù)據(jù)表的結尾。在穩(wěn)定期內(nèi)至少需要

捕獲30分鐘的數(shù)據(jù)。


系統(tǒng)精度測試 (SAT)

為了評估整個測量系統(tǒng)的精確性，可使用獨立的設備系統(tǒng)（現(xiàn)場測試儀器和校準后的 SAT熱電偶）進行 SAT 測試。在靠近工作區(qū)域熱電偶的位

置放置一個測試熱電偶，兩者之間的差異便可以很好地說明熱電偶和儀器設置的精確度。

5.png


總結

用于航空航天和汽車工業(yè)用零部件制造的熱處理工藝受行業(yè)和國家標準的嚴格監(jiān)管。為了遵守這些規(guī)定，必須使用校準后的可追蹤設備準確測量

過程并記錄結果。對于靜態(tài)或間歇式工藝，這可利用加熱爐外的設備完成；但是在許多情況下，可以使用“全過程”測溫設備來節(jié)省時間。在傳

送帶式熱處理工藝中，普遍認為傳送式（工藝中）溫度測繪設備是安全、容易使用和準確的解決方案。


航空航天真空熱處理服務是對一種材料進行加熱和冷卻的過程，適用于汽車、醫(yī)療、電子等行業(yè)


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