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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(lái)獲得預(yù)期的結(jié)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(qiáng)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(wù)，第一種是專用熱處理設(shè)備，它們是企業(yè)內(nèi)部大型制造設(shè)施和熱處理部件的組成部分。第二種是

商業(yè)熱處理設(shè)備，作為分包服務(wù)向各種客戶和市場(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、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)不同類型的加熱爐中進(jìn)行以獲得

預(yù)期的性能。但這會(huì)帶來(lái)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(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(dǎo)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(dǎo)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(shè)備能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)呢？對(duì)“加工后”的部件進(jìn)行測(cè)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(shè)備測(cè)試方案，利用該方案對(duì)

加熱爐進(jìn)行分析，然后將這種分析結(jié)果應(yīng)用到工藝規(guī)范中。這反過來(lái)也可以確保用于加工部件的設(shè)備能夠高效運(yùn)行，從而獲得可重復(fù)且一

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


航空航天和汽車工業(yè)中的高溫測(cè)量規(guī)范

這兩個(gè)行業(yè)中存在多種高溫測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。汽車行業(yè)也有類似的標(biāo)準(zhǔn)。


然而，本文將重點(diǎn)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(gè)規(guī)范都包含若干個(gè)部分，分別列出了對(duì)儀表、熱加工設(shè)備、熱電偶、溫度均勻性測(cè)量 (TUS) 和系統(tǒng)精度測(cè)試 (SAT) 的要求。


設(shè)備分類（儀表）

CQI-9

CQI-9 中對(duì)儀表的要求不如 AMS 2750 中那么嚴(yán)格。關(guān)鍵的要求是對(duì)控制加熱爐的儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，并可追溯至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?？刂苾x器測(cè)量的溫度

還必須由單獨(dú)的記錄儀器進(jìn)行記錄。對(duì)于特定工藝，工藝表 A-H 列出了更嚴(yán)格的儀器要求。CQI-9 中的工藝表列出了針對(duì)特定工藝的最小容差

要求（參見 CQI-9 中附錄）。


AMS 2750

AMS 2750 中對(duì)于儀表的要求更為詳細(xì)。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(duì)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(huì)在圖紙上列出。加熱爐溫度容限的評(píng)估通過實(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）將影響儀表校準(zhǔn)、未來(lái) TUS 和 SAT 

測(cè)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(xì)說(shuō)明了每種熱電偶的校準(zhǔn)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(cè) (TUS)

溫度均勻性檢測(cè)用于評(píng)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(chǎng)測(cè)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(cè)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(jìn)行記錄）。將在后面討論的連續(xù)式加熱爐是個(gè)例外。


熱電偶的典型配置圖如下所示：

3.png

檢測(cè)期間的關(guān)鍵點(diǎn)（如下圖所示）

4.png

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


P2 - 最后一個(gè)熱電偶超過容限設(shè)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(shè)定值。


P4  - 穩(wěn)定期結(jié)束。該點(diǎn)被定義為 P3 +測(cè)量周期，是曲線結(jié)束的點(diǎn)，也是圖標(biāo)上的第三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。 這也是數(shù)據(jù)表的結(jié)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(cè)試 (SAT)

為了評(píng)估整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確性，可使用獨(dú)立的設(shè)備系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器和校準(zhǔn)后的 SAT熱電偶）進(jìn)行 SAT 測(cè)試。在靠近工作區(qū)域熱電偶的位

置放置一個(gè)測(cè)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(shè)置的精確度。

5.png


總結(jié)

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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格監(jiān)管。為了遵守這些規(guī)定，必須使用校準(zhǔn)后的可追蹤設(shè)備準(zhǔn)確測(cè)量

過程并記錄結(jié)果。對(duì)于靜態(tài)或間歇式工藝，這可利用加熱爐外的設(shè)備完成；但是在許多情況下，可以使用“全過程”測(cè)溫設(shè)備來(lái)節(jié)省時(shí)間。在傳

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


航空航天真空熱處理服務(wù)是對(duì)一種材料進(jìn)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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