浅析以工件温度为依据进行保温热处理技术的热电偶应用

摘要：工件在进行热处理时，一般都是要经过加热、保温、冷却的过程，其中保温是热处理的第二步工序，也是较为重要的一个部分。此时必须要能够准确地监测工件热处理的关键工艺参数，以便准确控制工艺过程，防止工件不合格，达到热处理的预期要求。

热处理工艺的优劣直接影响工件性能的好坏，要想制定合理的热处理工艺制度，不仅需要理论知识作为依据，还应结合实际生产情况来进行优化调整。

以叶轮热处理为例，采用以工件表面温度进行计时保温技术，能够准确监测到工件加热过程中的温度变化，并结合随炉试样环的力学性能报告，科学制定出热处理工艺制度，用来实时监控热处理工艺过程，提高热处理质量，使工件性能符合技术要求。

1. 技术应用背景

目前，我国国内大多数的热处理企业在制定热处理工艺上还有待改进与提高，比如工件加热保温计时多是以热处理炉内的温度为依据，若存在热处理加热炉的体积大以及加热和保温过程中炉内温度不均匀等众多因素，炉内温度其实并不能反映工件的实际温度。工件温度滞后于炉膛温度，工件实际的恒温时间少于炉膛温度的恒温时间。在实际生产中炉内温度与工件温度的确存在较大的温度差。因此，若以炉膛温度作为热处理保温时间依据是有瑕疵的。

2. ”保温”的定义

国家“十二五”规划的教材书对热处理的保温定义是：“对大件或装炉量较大时，需要分别确定均温时间和保温时间。大件的均温时间在生产中是以仪表到温后至工件表面整体颜色均匀一致并与炉墙颜色相同所需的时间；保温时间是指此后保持恒温所用时间。对中小件，基本可做到心部与表面同步升温，故一般不必分开计算；当装炉量不大时，炉温到温后的恒温时间即为保温时间。其保温时间常用T = akD 计算。”

在最新国标GB/7232—2012金属热处理工艺术语中，对保温的定义：“工件或加热介质在工艺规定的温度下恒温保持一定时间的操作，恒温保持的时间和温度分别称保温时间和保温温度。”因此以工件表面温度为依据进行保温热处理是可行的。

目前为止，保温时间还没有一个可靠精确的计算方法，一般由试验及生产经验确定最终的合理温度。本文讲述了以实时监测工件表面温度为依据进行相关的热处理工艺操作。

3. 实践应用

在实际热处理加热过程中，采用测温系统来实时监测工件中不同位置的温度，并对温控仪收集到的温度进行分析，以得出工件在热处理过程中的实际温度数据和温度-时间变化曲线，可较为精准地确定保温时间、工件冷却时间，根据此状态来制定出更为规范的热处理工艺。

1）测温系统 本次选用的测温系统为：测温元件仪器（镍铬—镍硅热电偶）、智能温控仪表、以及其他连接部件。热电偶的一端连接智能温控仪，另一端接触在闭式叶轮内部，如图1所示。

叶轮属于对称件，本次热电偶测量为两根，分别插在叶轮内部两侧。热处理中热电偶在叶轮上的分布显示如图2所示。

（2）热处理应用过程 热处理方式为固溶+时效，相关热处理工艺如表1所示。图3为应用的叶轮工件固溶加热过程的温度-时间曲线；图4为叶轮工件时效加热过程的温度-时间曲线。由于试样的体积较小、升温较快，故不给予过多分析，从图可以看出两处测温点虽然出现局部升温速度不一致，但大体上是符合统一趋势，升温不均匀显然是炉内温度不均匀所致。为了使工件的各个部位，尤其是心部区域都能达到充分奥式体化和均匀化的要求，在工件达到设定温度时间后再保温适当的时间。

（3）检验分析 对固溶+时效热处理后的工件进行性能分析检验。图5为检测报告首页；表2为相关力学性能报告数据。检测报告显示该叶轮热处理性能均达到要求，满足工件的使用性能。

4. 结语

（1）应用该技术可实时监测热处理过程中的工件温度，为以后的工件热处理工艺提供参考依据。

（2）通过对力学性能的检验，该技术的应用满足工件性能使用要求。该技术在其他工件热处理领域中也可以应用。

（3）优化原先工艺，准确把握工艺参数，节约不必要的能源消耗。

（4）若以炉膛温度计时保温时，对于不同大小的工件热处理需要加以有效厚度计算或多次试验来得到合适的工艺时间，因此该技术的应用可极大地解决该问题。