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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。


在熱處理行業中，通常有兩種類型的業務，第一種是專用熱處理設備，它們是企業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。


商業熱處理業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。這些加熱爐分類規范通常被稱為高溫測量規范。


航空航天和汽車工業中的高溫測量規范

這兩個行業中存在多種高溫測量規范。例如，在航空航天工業中，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。汽車行業也有類似的標準。


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


這兩個規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。控制儀器測量的溫度

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域內的溫度變化。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 分鐘的良好數據（以 2 分鐘或更短的間隔進行記錄）。將在后面討論的連續式加熱爐是個例外。


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 - 監控開始。這時，第一個熱電偶穿過監控閾值線。這是曲線起始點，也是圖表上的第一個標記點。從這點開始捕獲數據。


P2 - 最后一個熱電偶超過容限設定值。


P3 - 穩定期開始。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)

為了評估整個測量系統的精確性，可使用獨立的設備系統（現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用零部件制造的熱處理工藝受行業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

過程并記錄結果。對于靜態或間歇式工藝，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、醫療、電子等行業


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