航空材料热处理工艺中的热工仪表应用分析

1 热工仪表和航空材料热处理概述

1.1 热工仪表

热工仪表由感受、传递、显示、传输组成，按照功能来分主要是指检测仪表，按照被检测变量来分，有压力仪表、温度仪表、流量仪表、成分仪表等，按照工作原理和结构来分，有液柱式的弹性式的电气式的，还有电偶、电阻、辐射、转子、靶式、浮力、静压、声波、色谱、红外线等仪表。应用在热处理中，主要用于对热工参数的测量，这些测量的参数主要包括温度、压力、流量和成分。在航空材料热处理炉的运行中，通过测量热工参数来反映热力生运行情况，从而为工作人员提供准确可靠的依据，也为热处理炉控制系统准确地提供信号、确保热处理炉正常运行提供技术支持。可以说，热工仪表的热工测量是确保热处理热力设备安全、热处理炉正常运行以及实现自动化控制和处理的基础。

在航空材料热处理工艺中，所使用的热工仪表为温度仪表中的热电偶，其工作原理是，热电偶温度计根据热电效应的原理对炉内温度进行测量，具有测量范围广、测量精确度高、结构简单易于使用、不受尺寸与形状限制、外有保护套使用方便的优点。各种热电偶分度表在参考端，即温度是0℃时得到的热电势和温度的关系，热电偶测温时冷端的温度必须是0℃，否则会产生较大的测量误差。在航空材料热处理工艺使用中，实际上想要保持冷端温度为0℃难度较大，因此需要根据不同的使用条件与对测量精确度的要求合理调整。常见的处理方式包括补偿导线延伸法、冰点法、计算修正法、仪表零点校正法和补偿电桥法等。其中补偿导线延伸法与计算修正法是比较常用的两种方式，将热电偶做长，使冷端延长到温度较为温度的地方，采用专用导线使热电偶冷端延伸出去，这种导线由两种不同金属材料做成，在100℃条件下和所连接的热电偶具有基本相同的热电特征。补偿导线本身不能补偿热电偶冷端温度，但是可起到热电偶冷端延伸的作用，使冷端位置改变，在规定范围内因为补偿导线热电性能不可能完全和热电偶一致，所以还是会存在一些误差。在热电偶的冷端温度不是零时，将此时的参考温度以及测量得到的热电偶回路中的热电势，通过计算的方式修正，适合用在实验室或临时测温情况下，对于现场连续测温实用性不强。

1.2 航空材料热处理工艺

航空材料和航空技术密切相关，航空产品因为其特殊的工作环境，所以对航空材料的性能要求很高，必须要具备较高的强度、硬度、韧性、高温耐腐蚀性、高抗变形等特征。材料不但要强度高能承受大的载荷，抗疲劳能力强，而且还要密度小，减重对于航空产品具有极大的经济意义。另外，因为工作环境不确定，气动力加热效应会使得机身表面温度快速升高，必须要求结构材料有较好的高温强度，对于发动机材料则要求涡轮盘、涡轮叶片材料必须具备较好的高温强度与高温耐腐蚀性。如果是非金属材料，则还需要有较好的抗老化能力和耐气候性能，透明材料则要有较好的光学性能，电工材料要有较好的电学性能和防火安全性能。航空材料常见的有金属材料、无机非金属材料（陶瓷和玻璃）、高分子材料和复合材料。其中铝合金、结构钢、钛合金和先进的复合材料是航空产品结构用材的主要方向。在生产这些采用时，常见的热处理工艺有退火、正火、淬火和回火，其中退火的目的是降低材料的硬度而增强材料的塑性，可以改变高碳钢的切削性能，使用退火工艺来减少应力作用，提高整个材料结构的均匀性。当完全退火时，低碳钢的硬度较低、强度较小，对切削阻力小，使钢处于最软和最韧状态，便于加工处理。正火的目的是细化材料晶粒，释放其内部应力，从而改善结构的均匀性、增强材料的韧性和塑性，减少因为部分切削加工或时效产生的变形，消除组织缺陷为之后的热处理做好准备。淬火指的是将钢件加热到临界点温度以上的某个温度后维持这个温度不变，然后再快速冷却，获得马氏体组织。淬火的目的是使钢件获得马氏体组织，从而提高工件的硬度、强度与耐磨性能。回火指的是在经过淬火以后，再加热到临界点温度以下的某一个温度并维持，然后再冷却，其目的是消除钢件在淬火时的应力，提升钢件的硬度、耐磨性能、韧性和塑性等。

2 热工仪表在航空材料热处理中的应用

2.1 热处理系统组成和工作原理

热处理炉的测控温度系统由温度传感器、热工仪表以及仪表与传感器之间的连接线构成，温度传感器的作用是随时监测炉温并将温度数据传递给数据处理中心，仪表包括记录仪、控温仪、报警仪，记录仪负责对热处理运行环境的监测和记录，控温仪对环境温度进行控制，报警仪则在运行环境超出规定要求后发出警报。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2021/0708/702.html