淺析以工件溫度為依據進行保溫熱處理技術的熱電偶應用

摘要：工件在進行熱處理時，一般都是要經過加熱、保溫、冷卻的過程，其中保溫是熱處理的第二步工序，也是較為重要的一個部分。此時必須要能夠準確地監測工件熱處理的關鍵工藝參數，以便準確控制工藝過程，防止工件不合格，達到熱處理的預期要求。

熱處理工藝的優劣直接影響工件性能的好壞，要想制定合理的熱處理工藝制度，不僅需要理論知識作為依據，還應結合實際生產情況來進行優化調整。

以葉輪熱處理為例，采用以工件表面溫度進行計時保溫技術，能夠準確監測到工件加熱過程中的溫度變化，并結合隨爐試樣環的力學性能報告，科學制定出熱處理工藝制度，用來實時監控熱處理工藝過程，提高熱處理質量，使工件性能符合技術要求。

1. 技術應用背景

目前，我國國內大多數的熱處理企業在制定熱處理工藝上還有待改進與提高，比如工件加熱保溫計時多是以熱處理爐內的溫度為依據，若存在熱處理加熱爐的體積大以及加熱和保溫過程中爐內溫度不均勻等眾多因素，爐內溫度其實并不能反映工件的實際溫度。工件溫度滯后于爐膛溫度，工件實際的恒溫時間少于爐膛溫度的恒溫時間。在實際生產中爐內溫度與工件溫度的確存在較大的溫度差。因此，若以爐膛溫度作為熱處理保溫時間依據是有瑕疵的。

2. ”保溫”的定義

國家“十二五”規劃的教材書對熱處理的保溫定義是：“對大件或裝爐量較大時，需要分別確定均溫時間和保溫時間。大件的均溫時間在生產中是以儀表到溫后至工件表面整體顏色均勻一致并與爐墻顏色相同所需的時間；保溫時間是指此后保持恒溫所用時間。對中小件，基本可做到心部與表面同步升溫，故一般不必分開計算；當裝爐量不大時，爐溫到溫后的恒溫時間即為保溫時間。其保溫時間常用T = akD 計算。”

在最新國標GB/7232—2012金屬熱處理工藝術語中，對保溫的定義：“工件或加熱介質在工藝規定的溫度下恒溫保持一定時間的操作，恒溫保持的時間和溫度分別稱保溫時間和保溫溫度。”因此以工件表面溫度為依據進行保溫熱處理是可行的。

目前為止，保溫時間還沒有一個可靠精確的計算方法，一般由試驗及生產經驗確定最終的合理溫度。本文講述了以實時監測工件表面溫度為依據進行相關的熱處理工藝操作。

3. 實踐應用

在實際熱處理加熱過程中，采用測溫系統來實時監測工件中不同位置的溫度，并對溫控儀收集到的溫度進行分析，以得出工件在熱處理過程中的實際溫度數據和溫度-時間變化曲線，可較為精準地確定保溫時間、工件冷卻時間，根據此狀態來制定出更為規范的熱處理工藝。

1）測溫系統 本次選用的測溫系統為：測溫元件儀器（鎳鉻—鎳硅熱電偶）、智能溫控儀表、以及其他連接部件。熱電偶的一端連接智能溫控儀，另一端接觸在閉式葉輪內部，如圖1所示。

葉輪屬于對稱件，本次熱電偶測量為兩根，分別插在葉輪內部兩側。熱處理中熱電偶在葉輪上的分布顯示如圖2所示。

（2）熱處理應用過程 熱處理方式為固溶+時效，相關熱處理工藝如表1所示。圖3為應用的葉輪工件固溶加熱過程的溫度-時間曲線；圖4為葉輪工件時效加熱過程的溫度-時間曲線。由于試樣的體積較小、升溫較快，故不給予過多分析，從圖可以看出兩處測溫點雖然出現局部升溫速度不一致，但大體上是符合統一趨勢，升溫不均勻顯然是爐內溫度不均勻所致。為了使工件的各個部位，尤其是心部區域都能達到充分奧式體化和均勻化的要求，在工件達到設定溫度時間后再保溫適當的時間。

（3）檢驗分析 對固溶+時效熱處理后的工件進行性能分析檢驗。圖5為檢測報告首頁；表2為相關力學性能報告數據。檢測報告顯示該葉輪熱處理性能均達到要求，滿足工件的使用性能。

4. 結語

（1）應用該技術可實時監測熱處理過程中的工件溫度，為以后的工件熱處理工藝提供參考依據。

（2）通過對力學性能的檢驗，該技術的應用滿足工件性能使用要求。該技術在其他工件熱處理領域中也可以應用。

（3）優化原先工藝，準確把握工藝參數，節約不必要的能源消耗。

（4）若以爐膛溫度計時保溫時，對于不同大小的工件熱處理需要加以有效厚度計算或多次試驗來得到合適的工藝時間，因此該技術的應用可極大地解決該問題。