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《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践

《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践

 

热处理是机械工业的重要组成部分,是现代制造业生产链上不可或缺的极其重要环节是促进金属材料潜力充分发挥、提高机械零件内在质量和使用寿命的关键加工工序是制造业的基础技术。通过热处理加工可以改变材料内部的组织,进而改变材料的使用性能提高寿命使机械零件或产品获得所需性能并保证使用安全可靠。热处理特点之一是属于内科热处理质量一般需通过使用专门仪器对零件或随炉试样进行检测。由于受到检测抽捡率和检测部位的限制对于每一炉批热处理零件,甚至对每一个零件来说,检测部只是个别的、局部的,无论如何都不能达到对热处理质量100% 的检测。而且检测也不能完全反映整批零件或整个零件的热处理质量,因此从质量控制观点来看,热处理属于特种工艺,要采取特殊措施,实施全面质量控制。热处理是通过加热、保温、冷却三个主要过程达到改变材料和零件组织性能,实现提高机械装备性能和寿命目的所以热处理温度紧密相关联温度的准确测量和控制是热处理成败的关键,热处理控制的核心是温度控制因此热处理配置了完善的温度控制、记录、报警系统建立了严格的定标准制度。但在热处理生产中,由于装料布置和生产效率等因素,限制了子中热电偶布置数量,无法了解整个热处理炉装区的温度情况为了使热处理炉装料区的温度及其均匀性更好地满足热处理工艺要求,必须预先测定热处理炉膛内满足热处理工艺要求的允许装料区,即有效加热区还要采取必要措施把热处理工件装载到加热区内所以制定热处理炉有效加热区测定方法标准是贯彻热处理工艺标准的基础,是推行热处理全面质量控制的重要内容和措施,也是热处理技术进步和水平的重要标志。

为了提高热处理工艺水平和质量改变我国热处理质量管理控制的落后状况,推行热处理全面质量控制,全国热处理标准化技术委员会于1988 年组织制订了国家标准GB/T 9452-1988热处理炉有效加热区测定方法》,1992 年又组织制订了机械行业标准JB/T 6049-1992热处理炉有效加热区的》,具体规定了热处理炉有效加热区测定程序方法。2003年全国热处理标准技委员会组织了对GB/T 9452-1988 标准的修订总结内贯标的经验,参考国内外关标准的蕞近版本,对GB/T 9452-1988 和JB /T6049-l992 进行合并和订,编制了全新的GB/9452-2003标准。随我国改革开放的深入以及装备制造业的振兴和快速发展,对热处理质量提出更高的要求,推动《热处理炉有效加热区测定方法》标准的全而实施,积累了很多经验在世界经济一体化形势下,在国际合作中又提出了更多更高的要求,原有GB/T 9452-2003 标准已不适应我国从制造大国向制造强国转型和国际接轨的要求,所以编制新版热处理炉有效加热区测定方法》是非常必要和可行的。GB/T 9452-2012“热处理炉有效加热区定方法一项重要基础标准,进一步完善提高了我国热处理标准体系。本文重点介绍GB/T 9452-2012热处理炉有效加热区测定方法》主要内容依据说明主要条款的含意和实行措施,列举处理有效加热区测定方法和新技术,推动这项标准宣贡实施,促进我国热处理发展

1 标准主要内容

GB/T 9452-2012热处理炉有效加热区测定方法》标准是在总结贯彻GB/T 9452-2003 标准的经验基础上,参考了国内外相关标准而制订的。主要参考日本工业标准JIS B 6901 : 1998 Heat treatment furnaces of metals一Test methods of effective working zone and effective treating zone》和美国宇航材料规范AMS 2750D《Pyrometry》2005 年发布)JlS B 6901 : 1998是关于热处理有效加热区测定方法的标准,内容包括温度测定方式的等级、温度测量装置、试验方法、有效加热区的判定、记录AMS 2750D 内容比较多,包括温度传感器、仪表、热工艺设备、系统精度测试、温度均匀性测量、实验炉、记录、质量保证规定,其中包括了有加热区测定内容温度均匀性测量”。

GB/T 9452-2012热处理炉有效加热区测定方法》的主要内容、章节条款均有很大改变增加从章节来,第4 章标题改为热处理按炉温均匀性分类第10章 “标内容合并到原第11章 管理一章中,现为10章。本标准主要内容包括: 范围、引用文件、定义和术语、热处理炉按温度均匀性分类、实施条件和测定周期、检测装置、检测方法、有效加热区的评定、检测报告、管理,共1O

2 修订指标的确定

2.1 热处理炉类别

2012 版热处理炉有效加热区测定方法》标准对热处理炉按有效加热区的温度均匀性分为7 类,如表一所示。与国内现行标准JB /T lOl75-2008热处理质量控制要求》、GJB 509B-2008热处理工艺质控制要求》、HB 5354-1994 热处理工艺质量控制》比较,增加了±8 炉型。这是因为近年来我国研究和发展了很多高性能材料,如沉淀硬化不锈钢、离合金超高强度钢等,采用的热处理工艺要求是温度允差±8 ℃。另外借鉴美国AMS 2750D 、日本JIS B 6901 : 1998 、德国DIN 17052-1-2000(热处理炉温度均匀性要求) 都有±8 7.5±这个级别炉型,所以本标准增加±8 炉型,但为了保持我国传统的热处理炉类别体系.把这种炉型定为IIIA类。IIIA类型炉子的控温仪表、记录仪表、有效加热区测定周期、仪表检定周期等技术要求均III类型炉子相同,同时也保持国际相关标准一致,以便国际接轨。后来的GB/T 30825-2014热处理温度测量也采用了这种分类方法。 
 

    2012版《热处理炉有效加热区测定方法》与相关标准比较见表一。生产中一般根据热处理工艺温度允许公差值选择热处理设备。在围际合作和认证中AMS 2750D 的1 - 4 类炉与GB/T 9452-2012 标准I - III类炉对应AMS 2750D 的5 类炉(±14 ) 可选择GB/T 9452 标准IIIVI类炉型AMS 275D 的6 类炉(±28℃) 选GB/T 9452-2012 标准VI类炉型。

2.2 测定方法

在初期实施热处理有效加热区测定和温均匀性检测时困难很多困难之一是热处理炉没有专门的测温孔或装置测量效率和准确度很低。为适应热处理炉有效加热区测定要求在设备改造更新中大多增加了专门测温孔,较少采用炉门(炉盖)下直接引出热电偶方式, 所以木次修订删去了原标准中典型热电偶引出接线图。

热处理炉有效加热区测定方法近年有了很大发展, 除了传统的测温架体积法、平面法测量外, 又发展了直插法测量真空炉接插法测量、炉温跟踪仪测量新技术。对于高温炉和大型炉为防止测温架烧塌现象研究使用了直插法测定方法。温跟踪仪在大型炉和连续妒有效热区测定和热处理工艺跟踪记录显示有明显优越性,应用程度不断扩大, 因此2012 版修订中增加了直插法测、真空炉接插法测量、炉温跟踪仪测量法同时增加了测量线路图。

2.3 实施条件和测定周期

2012 版《热处理炉有效加热区测定方法》标准中实施条件增如了新内容,规定热处理炉凡属下列状况之一者,均应测定有效加热区

    a) 新置的热处理首次应用于生产

    b) 经过大修或技术改造的热处理炉;

    c) 热处理炉生产对象或工艺变更,需要改变温度地匀性时

    d) 控温或记录温度传感器位置变更时

    e) 定期或临时需要进行有效加热区检测时

    f) 改变有效加热区位置和扩大体积

g) 扩大工作温度范围

h) 炉气流动方式、速度(如档板位置、风的速度、风量等)改变

    i) 耐火材料型号或厚度改变

    j) 加热元件数量、类型或位置改变

    k) 燃烧器尺寸、数量、类型或位置改变

    l) 燃烧压力设定改变

    m) 炉子压力设定改变

    n) 温度控制配置改变

    o) 稳定常数调整。

其中前7 项是2003 版规定,后8 项是总结实施度均匀性测量经验参考AMS 2750D 后新增加的。

新标准还增加规定对于炉子发生小量的修理、损坏或故障元件替换、恢复炉子至初始状态、不影响炉子温度均匀性的维护,都不要求进行有效加热区重复测定。新标准对热处理炉有效加热区定期测定的周期提出了更严要求,定期测定的周期基本与AMS 2750D 延长周期一致 

2. 4 检测方法通用要求

  1 )允许温度传感器带试块。标准规定: 如果热处理炉有效加热区的测定是空载试验,一般采用测量温度传感器接测量也可以测量温度传感器连在或插入试块中,试块的厚度应小于等于在炉中处理的蕞薄工件的厚度, 蕞大厚度不应超过13mm 试块材料应具有在炉中处理的主要材料一致的室温导热率

当热处理炉有效加热区的测定是装载试验,测量温度传感器应连在模拟件或工件载荷上,载荷应代表通常在炉中处理的工件厚度。

2) 测试时炉子气氛规定。炉子气氛应是生产使用的正常气氛。对于工艺气氛会污染测盘温度传器(例如渗碳、渗氮、吸热性和放热性气氛) ,或其气氛会造成安全危险(例如含氧气或氨气)的炉子可以用空气或惰性气氛代替。真空炉的真空度应是在生产中使用的蕞低真空度但真空压强不小于0.13 Pa

3) 允许多个有效加热区一台热处理炉可以有多个有效加热区,对应不同的温度均匀要求的多个工作温度范围. 或者对应不同的温度均匀要求的多个不同尺寸有效加热区,必须分别进行温度均匀性量。当存在重叠或衔接时,能满足温度均匀性高要求时,自然能够满足较低要求不必重复测量

2.5 检测点和位置变化

1) 检测点和位置"主要参照JIS B 6901 一1998有关规定进行修改:

a) 表5 周期式井式检测点数量和位置,图中各检测点位置的角度进一步明确直径d≧0.5 -2 m 、高度h>2 m ,检测点总数由10个增加至11个。 增加了表5 以外大尺炉按表7 增加检测点,其位置在高度和圆周方向均衡布置。当捡测点增加够4 点增加一个平面按端面相似布置。

b) 表6 箱式炉检测点量和位置中,原标准高h为<0.3 m 和注0.3 ≧m 两,本标准修改为<0.5 m 和≧0.5 m 两挡。增加了表6 以外大尺寸箱式炉按表7增加检测点,其位置在高度、长度、宽度方向均衡布置。当检测点增加4点增加一个平面,按端面相似布置。

c) 7.2.1 条增加对于盐炉或态粒子炉规定,井式的按直径d<O.5m 、高h < 1m井式炉规定执行,箱式的接宽b≦l. 5 m 、高l <2 m 、高h <0.5 m 箱式炉规定执行。《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践

d) 7.2.2连续式加热炉原标准分为托盘送料式或料筐送料式连续炉传送带式震底式连续炉,改为推式等连续炉和输送带式等连续炉。《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践   《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践  《热处理炉有效加热区测定方法》标准的解读和实践

e) 表7推杆式连续炉检测点上一条:渗碳工艺的分类与选择、常见缺陷

 

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