[發明專利]一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法及監控系統

有效

• 申請號: 202010034300.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111045377B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 顏志斌;朱煜;蔣佩洋;盧世寧;龍沖
• 申請（專利權）人: 貴州航天精工制造有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;C23C8/20;C23C8/24;C23C8/30
• 代理公司: 遵義浩嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 52112
• 代理人: 石文義

本發明公開了一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法及監控系統，所述智能監控方法是利用杠桿原理，將真空滲碳、滲氮和碳氮共滲過程的增重數值傳輸到處理器PC端；處理器PC端根據增重數值導入熱力學模型、動力學模型數據庫，從而計算出最佳的工藝參數，由控制系統控制真空熱處理爐按工藝參數執行，所述監控系統包括有處理器PC端(1)、增重測量裝置(2)、控制系統(3)和檢測單元。本發明利用杠桿原理，將測量工件增重轉換為測量測量件增重情況，保證滲碳過程的可測性、有效性、真實性、實時性，從而提高效率和質量，其通用性好，適合推廣應用。

技術領域

本發明涉及的是真空氣體表面熱處理技術領域，特別適用于真空管式爐的滲碳、滲氮及碳氮共滲，具體地說是一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法及監控系統。

背景技術

航空系統使用的零配件，根據不同的使用環境，對材料有不同的要求，有的需要有較強的耐腐蝕性、有的要求具備較高的硬度、耐磨性、抗氧化性，更有甚者需同時具備好幾樣性能。鋼鐵表面滲碳（氮）的形成工藝，目前仍以真空氣體滲氮、滲碳及氣體碳氮共滲等傳統方法為主，其工藝主要存在問題是，處理周期長、滲層不均勻、氣氛不易控制、容易形成炭黑、無法定量生成特定滲層、新工藝研發周期長等缺點。傳統動力學研究方法無法獲得和記錄實時數據，主要采用在一定時間梯度段內逐次將樣品取出，在進行稱重、計算等后續處理。整個過程工作量大、工序繁瑣、誤差大，導致寶貴數據流失，以及現有滲碳、滲氮熱力學和動力學模型無法形成智能工藝庫，服務于生產。

滲碳熱力學主要研究化學反應進行的方向、達到反應平衡時所達到的最大限度，以及外界條件變化對化學反應平衡的影響，根據熱力學的吉布斯自由能△G0、反應熵變△S、反應焓變△H、溫度T等，可以計算出滲層表層碳含量、形成何種第二相、碳勢范圍、溫度范圍等。因此，利用熱力學是制定特定滲層（特定碳含量、特定形狀第二強化相、彌散分布）工藝最有效的方法；化學反應動力學，主要研究在化學反應過程的反應機理、反應速率，以及非平衡的反應動態系統中物質性質隨時間變化的情況，是優化工藝參數，計算滲氮時間、獲得特定滲層厚度最有效的方法。因此，如何有效、真實、實時地獲取熱力學、動力學數據，并利用對這些實驗數據的研究分析推倒動力學模型，最后通過熱力學和動力學模型進一步改善工藝參數設定、研發新工藝、定量獲取特定滲層（厚度、第二相、表層碳含量等）、實現工藝最優化和可控性，提高生產效率具有重大意義。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法，利用杠桿原理，將真空滲碳、滲氮和碳氮共滲過程中測量件的質量變化放大，將測量工件增重轉換為測量測量件增重情況，從而提高效率和質量，同時還提供了應用于該智能監控方法的監控系統，具體地說是一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法及監控系統。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法，所述智能監控方法是利用杠桿原理，將真空滲碳、滲氮和碳氮共滲過程的增重數值傳輸到處理器PC端；處理器PC端根據增重數值導入熱力學模型、動力學模型數據庫，從而計算出最佳的工藝參數，由控制系統控制真空熱處理爐按工藝參數執行；具體監控方法為：處理器PC端接收增重測量裝置傳輸的實時數值信息，處理器PC端先保存接收的數值信息，然后在將數值信息導入熱力學模型、動力學模型數據庫，根據導入的數值信息，利用origin軟件中的Non-linear Curve Fit 功能對動力學曲線進行擬合，經擬合后得到氣固反應動力學模型相關系數R2；根據擬合的相關系數自動判定匹配，確定相應的溫度、氣體壓力及時間相關工藝參數；最后將計算出的最佳溫度、氣體壓力及時間相關工藝參數傳輸至控制系統，通過控制系統來控制真空熱處理爐中的相應設備，實現對真空熱處理爐中的工件熱處理，通過增重測量裝置反映工件在熱處理過程中的實時增重。

進一步地，本發明所述的一種應用于真空氣體表面熱處理過程的智能監控方法，其中所述實時增重數值信息為所述增重測量裝置中的測量件在真空熱處理爐中，在表面熱處理滲碳、滲氮和碳氮共滲過程中，為實時增重的數值按設定比例放大后的數值信息。