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。我公司使用懸掛式熱處理生產(chǎn)自動線用于轉(zhuǎn)向節(jié)調(diào)質(zhì)處理（淬火＋回火），實現(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、儲液槽、淬火液循環(huán)冷卻系統(tǒng)、自動淬火機、吊具裝置、上下料裝置、溫度控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)以及上位機監(jiān)控系統(tǒng)等組成。
轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理過程
轉(zhuǎn)向節(jié)調(diào)質(zhì)熱處理工藝曲線，如圖 1 所示，淬火100 分鐘達到設(shè)定溫度，保溫時間為 100 分鐘?；鼗?10 分鐘達到設(shè)定溫度，保溫時間為 110 分鐘。轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理控制計劃（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，造成爐體上檢測的溫度值降低，整個爐體爐絲應(yīng)該進行加熱。
根據(jù)之前的判斷，爐體加熱會造成爐底部檢測溫度升高（超溫）?；鼗?8 區(qū)上，由于 B 相故障，控制上檢測溫度值低，該區(qū)爐體爐絲加熱。通過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)值小于溫度值時開始加熱。由于回火爐爐底板超溫嚴重，經(jīng)對轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品打硬度，確認該批次產(chǎn)品硬度偏軟，全部返工。
鎧裝熱電偶爐溫控制模式
回火爐加熱過程中，頂部熱電偶檢測爐上層溫度是否達到工藝設(shè)定溫度，是則爐墻電爐絲停止加熱，否則繼續(xù)加熱，直到達到工藝設(shè)定值。底部熱電偶檢測爐底層溫度是否達到工藝設(shè)定溫度，是則底部輻射管停止加熱，否則繼續(xù)加熱，直到達到工藝設(shè)定值。
在這種爐溫控制模式下，當回火爐保溫性能良好，無跑溫的情況下，才可以實現(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，則爐頂熱電偶就會檢測到低于工藝要求的溫度值。
回火爐工作溫度約為 600 ～ 700℃，這個溫度下輻射加熱的效果明顯降低，轉(zhuǎn)向節(jié)的回火溫度主要來自熱風對流加熱。為了提高爐內(nèi)工件溫度均勻性，回火爐兩側(cè)布置了 20 臺側(cè)置循環(huán)風扇，并在爐內(nèi)每臺風扇處安裝了導(dǎo)風板，以攪動爐內(nèi)氣體循環(huán)。
風機在爐體中部吸風，經(jīng)過爐絲加熱后，在導(dǎo)流罩上下吹出熱風。由于目前的問題是爐底部超溫，爐頂溫度相對較低，應(yīng)考慮采取減少爐底部的熱風流量，提高爐頂部熱風風量的辦法來降低爐底溫度、提高爐上部溫度，從而實現(xiàn)回火爐爐溫的均勻性。
轉(zhuǎn)向節(jié)線爐溫均勻性驗證
為快速驗證前面的控溫措施對爐溫均勻性的影響，采取了樣塊跟隨轉(zhuǎn)向節(jié)進入（2 月 17 日 16:00進爐、2 月 18 日 9:00 進爐，兩次樣塊淬火、回火硬度值），獲取淬火及回火硬度。本次實驗數(shù)據(jù)可以看到，淬火硬度、回火硬度均符合工藝要求，12 個位置樣塊實驗數(shù)據(jù)符合工藝要求，見表 2。之后組織了批量生產(chǎn)，對產(chǎn)品進行了金相及硬度抽查，均合格。
表顯數(shù)值與實際數(shù)值的差異
通過對回火爐爐氣循環(huán)的改進，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)過程中仍存在表顯數(shù)值與實際爐溫值的差異。該回火爐溫控表采用國際一流品牌的數(shù)字控制器和國內(nèi)知名品牌的熱電偶，且由公司職能部門定期進行校驗，符合儀器出廠要求及企業(yè)標準。因此可以排除溫控表和熱電偶方面的原因。
補償導(dǎo)線在長期工作過程中，由于高溫氧化，會在連接處出現(xiàn)電阻變化，產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差?，F(xiàn)場使用過程校驗儀，分別在溫控表端和熱電偶端進行檢測，經(jīng)過反復(fù)檢測，可以判斷出溫控表的表顯數(shù)值與實際溫度的差異由補償導(dǎo)線及其連接質(zhì)量造成。技術(shù)人員對補償導(dǎo)線與熱電偶及溫控表的連接進行全面排查，得出補償導(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）說明書，該溫控器具備誤差補償功能，即 PV 偏移量及增益補償值功能。根據(jù)實際差異情況，應(yīng)選擇偏移量設(shè)置糾正差異。使用過程校驗儀在熱電偶前得到的溫度值，計算出與溫控表的差值，使用偏移量賦值進行糾正，實現(xiàn)溫控表的表顯值與真實值的一致。
轉(zhuǎn)向節(jié)線回火爐爐溫測試
采取 12 點帶工件連續(xù)爐溫測試（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溫探頭（直徑 5mm，深度超過半徑）。進爐跟件儀器的安裝、連線。水套注水、儀器的隔熱包裝。
通過溫度檢測記錄，可以看到 10 ∶ 06 開始進入回火爐，11 ∶ 58 時 12 個檢測點均到達工藝設(shè)定溫度 620℃，加熱時長為 111 分鐘，出爐時間為13 ∶ 48，保溫時長為 110 分鐘。整個實測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，下層首先達到工藝溫度，上層和中層隨后達到工藝溫度，進入保溫區(qū)后，上中下三層溫度一致，如圖4 所示。
通過本次檢測可以確認鎧裝熱電偶懸掛工件的上中下三層位置在升溫過程中存在差異，到達工藝值后，溫度一致無明顯差異。南側(cè)、北側(cè)溫度一致，無差異。說明經(jīng)過對鎧裝熱電偶的優(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現(xiàn)。而回火爐底部超溫由爐頂熱電偶檢測點低于工藝溫度造成。
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傳遞環(huán)節(jié)造成的誤差，從而實現(xiàn)表顯溫度與實際溫度無誤差。
⑷熱處理生產(chǎn)線在生產(chǎn)使用過程中，要對發(fā)生熱量散失的部位進行及時的修復(fù)，以避免出現(xiàn)爐溫不均勻現(xiàn)象。
⑸對于大型的熱處理爐來說，爐墻電爐絲宜采取分層控制方式，有利于均勻爐內(nèi)溫度。
