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航空航天和汽車(chē)熱處理

什么是熱處理？

熱處理是指利用加熱或冷卻來(lái)獲得預期的結果，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。

在熱處理行業(yè)中，通常有兩種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，第一種是專(zhuān)用熱處理設備，它們是企業(yè)內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(wù)向各種客戶(hù)和市場(chǎng)提供熱處理。

商業(yè)熱處理業(yè)務(wù)會(huì )處理許多不同種類(lèi)、形狀和尺寸各異的材料。有時(shí)加熱工藝是多階段的，并且會(huì )在多個(gè)不同類(lèi)型的加熱爐中進(jìn)行以獲得

預期的性能。但這會(huì )帶來(lái)許多問(wèn)題，首先，監控所有被加工部件的工藝溫度是不切實(shí)際的，有時(shí)也是不可能的。其次，一些熱處理工藝如

果不能妥善實(shí)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(chē)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(jìn)行測試就會(huì )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(diǎn)，就需要制定一套設備測試方案，利用該方案對

加熱爐進(jìn)行分析，然后將這種分析結果應用到工藝規范中。這反過(guò)來(lái)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(mǎn)足最終客戶(hù)的應用需求。這些加熱爐分類(lèi)規范通常被稱(chēng)為高溫測量規范。

航空航天和汽車(chē)工業(yè)中的高溫測量規范

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

等國家標準。汽車(chē)行業(yè)也有類(lèi)似的標準。

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

這兩個(gè)規范都包含若干個(gè)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) 和系統精度測試 (SAT) 的要求。

設備分類(lèi)（儀表）

CQI-9

CQI-9 中對儀表的要求不如 AMS 2750 中那么嚴格。關(guān)鍵的要求是對控制加熱爐的儀器進(jìn)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(jìn)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(jiàn) CQI-9 中附錄）。

AMS 2750

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

每種傳感器類(lèi)型的定義可參見(jiàn)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范中的材料要求部分予以規定，在某些情況下則會(huì )在圖紙上列出。加熱爐溫度容限的評估通過(guò)實(shí)施

TUS 來(lái)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(lèi)）將影響儀表校準、未來(lái) 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，但提供了工藝規范通常引用的加熱爐類(lèi)別的容限范圍表，如下所示：

熱電偶

Cqi9 和 AMS2750 均詳細說(shuō)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 在具體規定方面存在差異，具體取決于熱電

偶的功能以及熱電偶類(lèi)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域內的溫度變化。熱電偶通常采用盒式或柱式結構進(jìn)行配置。所需的熱電偶數量取決于工作空間的體積

和加熱爐的類(lèi)別。使用了特定的現場(chǎng)測試儀器來(lái)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 分鐘的良好數據（以 2 分鐘或更短的間隔進(jìn)行記錄）。將在后面討論的連續式加熱爐是個(gè)例外。

熱電偶的典型配置圖如下所示：

檢測期間的關(guān)鍵點(diǎn)（如下圖所示）

P1 - 監控開(kāi)始。這時(shí)，第一個(gè)熱電偶穿過(guò)監控閾值線(xiàn)。這是曲線(xiàn)起始點(diǎn)，也是圖表上的第一個(gè)標記點(diǎn)。從這點(diǎn)開(kāi)始捕獲數據。

P2 - 最后一個(gè)熱電偶超過(guò)容限設定值。

P3 - 穩定期開(kāi)始。所有熱電偶均在容限范圍內，未偏離設定值。

P4 - 穩定期結束。該點(diǎn)被定義為 P3 +測量周期，是曲線(xiàn)結束的點(diǎn)，也是圖標上的第三個(gè)標記點(diǎn)。這也是數據表的結尾。在穩定期內至少需要

捕獲30分鐘的數據。

系統精度測試 (SAT)

為了評估整個(gè)測量系統的精確性，可使用獨立的設備系統（現場(chǎng)測試儀器和校準后的 SAT熱電偶）進(jìn)行 SAT 測試。在靠近工作區域熱電偶的位

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

總結

用于航空航天和汽車(chē)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管。為了遵守這些規定，必須使用校準后的可追蹤設備準確測量

過(guò)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(guò)程”測溫設備來(lái)節省時(shí)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(wù)是對一種材料進(jìn)行加熱和冷卻的過(guò)程，適用于汽車(chē)、醫療、電子等行業(yè)

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