轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車行業(yè)的典型鍛件，重型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)（42CrMo 材質(zhì)）一般采取調(diào)質(zhì)熱處理。其中金相和回火硬度是考量轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理質(zhì)量的常用指標(biāo)。我公司使用懸掛式熱處理生產(chǎn)自動(dòng)線用于轉(zhuǎn)向節(jié)調(diào)質(zhì)處理（淬火＋回火），實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件在懸掛狀態(tài)下得到均勻加熱與冷卻功能。該生產(chǎn)線主要由淬火加熱爐、淬火冷卻槽、回火加熱爐、回火冷卻室、積放式懸掛輸送機(jī)、儲(chǔ)液槽、淬火液循環(huán)冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)淬火機(jī)、吊具裝置、上下料裝置、溫度控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。
轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理過(guò)程
轉(zhuǎn)向節(jié)調(diào)質(zhì)熱處理工藝曲線，如圖 1 所示，淬火100 分鐘達(dá)到設(shè)定溫度，保溫時(shí)間為 100 分鐘。回火110 分鐘達(dá)到設(shè)定溫度，保溫時(shí)間為 110 分鐘。轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理控制計(jì)劃（回火部分）見表 1。按照上述熱處理工序，轉(zhuǎn)向節(jié)經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，以獲得回火索氏體組織。
回火爐爐溫不均勻及底部超溫情況2 月 24 日，回火 8 區(qū)底部出現(xiàn)明顯的超溫（660℃附近），如圖 2 所示，發(fā)現(xiàn) 8 區(qū)上 B 相故障斷開。判斷 B 相是爐體中段爐絲不工作，造成爐體上檢測(cè)的溫度值降低，整個(gè)爐體爐絲應(yīng)該進(jìn)行加熱。
根據(jù)之前的判斷，爐體加熱會(huì)造成爐底部檢測(cè)溫度升高（超溫）?；鼗?8 區(qū)上，由于 B 相故障，控制上檢測(cè)溫度值低，該區(qū)爐體爐絲加熱。通過(guò)溫度顯示表可以看到顯示數(shù)值大于等于溫度值后，停止加熱，顯示數(shù)值小于溫度值時(shí)開始加熱。由于回火爐爐底板超溫嚴(yán)重，經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品打硬度，確認(rèn)該批次產(chǎn)品硬度偏軟，全部返工。
鎧裝熱電偶爐溫控制模式
回火爐加熱過(guò)程中，頂部熱電偶檢測(cè)爐上層溫度是否達(dá)到工藝設(shè)定溫度，是則爐墻電爐絲停止加熱，否則繼續(xù)加熱，直到達(dá)到工藝設(shè)定值。底部熱電偶檢測(cè)爐底層溫度是否達(dá)到工藝設(shè)定溫度，是則底部輻射管停止加熱，否則繼續(xù)加熱，直到達(dá)到工藝設(shè)定值。
在這種爐溫控制模式下，當(dāng)回火爐保溫性能良好，無(wú)跑溫的情況下，才可以實(shí)現(xiàn)爐溫的均勻。但是，懸掛式連續(xù)爐爐頂?shù)拿芊庑阅苁侵鹉晗陆档?，一旦爐頂出現(xiàn)明顯的熱量散失，則爐頂熱電偶就會(huì)檢測(cè)到低于工藝要求的溫度值。
回火爐工作溫度約為 600 ～ 700℃，這個(gè)溫度下輻射加熱的效果明顯降低，轉(zhuǎn)向節(jié)的回火溫度主要來(lái)自熱風(fēng)對(duì)流加熱。為了提高爐內(nèi)工件溫度均勻性，回火爐兩側(cè)布置了 20 臺(tái)側(cè)置循環(huán)風(fēng)扇，并在爐內(nèi)每臺(tái)風(fēng)扇處安裝了導(dǎo)風(fēng)板，以攪動(dòng)爐內(nèi)氣體循環(huán)。
風(fēng)機(jī)在爐體中部吸風(fēng)，經(jīng)過(guò)爐絲加熱后，在導(dǎo)流罩上下吹出熱風(fēng)。由于目前的問(wèn)題是爐底部超溫，爐頂溫度相對(duì)較低，應(yīng)考慮采取減少爐底部的熱風(fēng)流量，提高爐頂部熱風(fēng)風(fēng)量的辦法來(lái)降低爐底溫度、提高爐上部溫度，從而實(shí)現(xiàn)回火爐爐溫的均勻性。
轉(zhuǎn)向節(jié)線爐溫均勻性驗(yàn)證
為快速驗(yàn)證前面的控溫措施對(duì)爐溫均勻性的影響，采取了樣塊跟隨轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)入（2 月 17 日 16:00進(jìn)爐、2 月 18 日 9:00 進(jìn)爐，兩次樣塊淬火、回火硬度值），獲取淬火及回火硬度。本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，淬火硬度、回火硬度均符合工藝要求，12 個(gè)位置樣塊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合工藝要求，見表 2。之后組織了批量生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了金相及硬度抽查，均合格。
表顯數(shù)值與實(shí)際數(shù)值的差異
通過(guò)對(duì)回火爐爐氣循環(huán)的改進(jìn)，回火爐的溫度均勻性得到了優(yōu)化，且產(chǎn)品質(zhì)量符合工藝要求。但是，生產(chǎn)過(guò)程中仍存在表顯數(shù)值與實(shí)際爐溫值的差異。該回火爐溫控表采用國(guó)際一流品牌的數(shù)字控制器和國(guó)內(nèi)知名品牌的熱電偶，且由公司職能部門定期進(jìn)行校驗(yàn)，符合儀器出廠要求及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此可以排除溫控表和熱電偶方面的原因。
補(bǔ)償導(dǎo)線在長(zhǎng)期工作過(guò)程中，由于高溫氧化，會(huì)在連接處出現(xiàn)電阻變化，產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差?，F(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程校驗(yàn)儀，分別在溫控表端和熱電偶端進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)反復(fù)檢測(cè)，可以判斷出溫控表的表顯數(shù)值與實(shí)際溫度的差異由補(bǔ)償導(dǎo)線及其連接質(zhì)量造成。技術(shù)人員對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶及溫控表的連接進(jìn)行全面排查，得出補(bǔ)償導(dǎo)線的自身缺陷是造成數(shù)值差異的主要原因。查閱數(shù)字控制器（溫控表）說(shuō)明書，該溫控器具備誤差補(bǔ)償功能，即 PV 偏移量及增益補(bǔ)償值功能。根據(jù)實(shí)際差異情況，應(yīng)選擇偏移量設(shè)置糾正差異。使用過(guò)程校驗(yàn)儀在熱電偶前得到的溫度值，計(jì)算出與溫控表的差值，使用偏移量賦值進(jìn)行糾正，實(shí)現(xiàn)溫控表的表顯值與真實(shí)值的一致。
轉(zhuǎn)向節(jié)線回火爐爐溫測(cè)試
采取 12 點(diǎn)帶工件連續(xù)爐溫測(cè)試（圖 3），選取12 件轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品，并在金相取樣位置打孔安裝測(cè)溫探頭（直徑 5mm，深度超過(guò)半徑）。進(jìn)爐跟件儀器的安裝、連線。水套注水、儀器的隔熱包裝。
通過(guò)溫度檢測(cè)記錄，可以看到 10 ∶ 06 開始進(jìn)入回火爐，11 ∶ 58 時(shí) 12 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)均到達(dá)工藝設(shè)定溫度 620℃，加熱時(shí)長(zhǎng)為 111 分鐘，出爐時(shí)間為13 ∶ 48，保溫時(shí)長(zhǎng)為 110 分鐘。整個(gè)實(shí)測(cè)溫度曲線與工藝曲線吻合。
上中下三層在加熱階段的溫升情況存在一定的差異，下層首先達(dá)到工藝溫度，上層和中層隨后達(dá)到工藝溫度，進(jìn)入保溫區(qū)后，上中下三層溫度一致，如圖4 所示。
通過(guò)本次檢測(cè)可以確認(rèn)鎧裝熱電偶懸掛工件的上中下三層位置在升溫過(guò)程中存在差異，到達(dá)工藝值后，溫度一致無(wú)明顯差異。南側(cè)、北側(cè)溫度一致，無(wú)差異。說(shuō)明經(jīng)過(guò)對(duì)鎧裝熱電偶的優(yōu)化，該爐滿足工藝要求，回火產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。
結(jié)論
⑴該鎧裝熱電偶采取的加熱控制模式不利于爐溫均勻性的實(shí)現(xiàn)。而回火爐底部超溫由爐頂熱電偶檢測(cè)點(diǎn)低于工藝溫度造成。
⑵在改造溫度控制方式有較大困難的情況下，使用熱量分配的方法可以實(shí)現(xiàn)回火爐的溫度均勻。
⑶使用溫控器的偏移量功能可以消除信號(hào)傳遞環(huán)節(jié)造成的誤差，從而實(shí)現(xiàn)表顯溫度與實(shí)際溫度無(wú)誤差。
⑷熱處理生產(chǎn)線在生產(chǎn)使用過(guò)程中，要對(duì)發(fā)生熱量散失的部位進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，以避免出現(xiàn)爐溫不均勻現(xiàn)象。
⑸對(duì)于大型的熱處理爐來(lái)說(shuō)，爐墻電爐絲宜采取分層控制方式，有利于均勻爐內(nèi)溫度。
