一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统，所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行，所述监控系统包括有处理器PC端(1)、增重测量装置(2)、控制系统(3)和检测单元。本发明专利技术利用杠杆原理，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，保证渗碳过程的可测性、有效性、真实性、实时性，从而提高效率和质量，其通用性好，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统
本专利技术涉及的是真空气体表面热处理
，特别适用于真空管式炉的渗碳、渗氮及碳氮共渗，具体地说是一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统。
技术介绍
航空系统使用的零配件，根据不同的使用环境，对材料有不同的要求，有的需要有较强的耐腐蚀性、有的要求具备较高的硬度、耐磨性、抗氧化性，更有甚者需同时具备好几样性能。钢铁表面渗碳（氮）的形成工艺，目前仍以真空气体渗氮、渗碳及气体碳氮共渗等传统方法为主，其工艺主要存在问题是，处理周期长、渗层不均匀、气氛不易控制、容易形成炭黑、无法定量生成特定渗层、新工艺研发周期长等缺点。传统动力学研究方法无法获得和记录实时数据，主要采用在一定时间梯度段内逐次将样品取出，在进行称重、计算等后续处理。整个过程工作量大、工序繁琐、误差大，导致宝贵数据流失，以及现有渗碳、渗氮热力学和动力学模型无法形成智能工艺库，服务于生产。渗碳热力学主要研究化学反应进行的方向、达到反应平衡时所达到的最大限度，以及外界条件变化对化学反应平衡的影响，根据热力学的吉布斯自由能△G0、反应熵变△S、反应焓变△H、温度T等，可以计算出渗层表层碳含量、形成何种第二相、碳势范围、温度范围等。因此，利用热力学是制定特定渗层（特定碳含量、特定形状第二强化相、弥散分布）工艺最有效的方法；化学反应动力学，主要研究在化学反应过程的反应机理、反应速率，以及非平衡的反应动态系统中物质性质随时间变化的情况，是优化工艺参数，计算渗氮时间、获得特定渗层厚度最有效的方法。因此，如何有效、真实、实时地获取热力学、动力学数据，并利用对这些实验数据的研究分析推倒动力学模型，最后通过热力学和动力学模型进一步改善工艺参数设定、研发新工艺、定量获取特定渗层（厚度、第二相、表层碳含量等）、实现工艺最优化和可控性，提高生产效率具有重大意义。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中测量件的质量变化放大，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，从而提高效率和质量，同时还提供了应用于该智能监控方法的监控系统，具体地说是一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端接收增重测量装置传输的实时数值信息，处理器PC端先保存接收的数值信息，然后在将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linearCurveFit功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，实现对真空热处理炉中的工件热处理，通过增重测量装置反映工件在热处理过程中的实时增重。进一步地，本专利技术所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其中所述实时增重数值信息为所述增重测量装置中的测量件在真空热处理炉中，在表面热处理渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中，为实时增重的数值按设定比例放大后的数值信息。进一步地，本专利技术所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其中在所述动力学曲线拟合过程中，若根据拟合的相关系数判定为表面渗透控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把碳势提高到所规定范围的上限，有利于提高反应效率，缩短渗碳时间，并根据表面渗透控速动力学模型计算出渗层生长速率，从而确定渗碳时间获得特定渗层厚度；若根据拟合的相关系数判定为内扩散控速模型，在所规定热力学条件下，把温度提高到所规定范围的上限，间歇式供气，有利于提高反应效率；若根据拟合的相关系数判定为表面渗透与内扩散混合控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把温度、碳势、供气方式按表面渗透与内扩散混合控速模型时间节点进行变化控制，有利于提高反应效率，并根据表面渗透与内扩散混合控速模型获得特定渗层。本专利技术还公开了应用上述智能监控方法的监控系统，所述监控系统包括有处理器PC端、增重测量装置、控制系统和检测单元；所述增重测量装置将表面热处理时的增重情况的数据信息实时反馈给处理器PC端，所述检测单元包括有多个传感器，多个传感器分别设置于真空热处理炉(4)中，用于检测在表面热处理过程中对渗碳、渗氮和碳氮共渗层影响因素的碳势、氮势、气压及温度相关参数；所述处理器PC端用于接收增重测量装置传输的数值信息的实际值，并执行相应的保存，导入热力学模型及动力学模型数据库，根据接收的实际数值信息与导入数据库中的相应模型对动力学曲线进行拟合，按规程设定计算，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2，其计算结果为热处理过程中最佳温度、气体压力及时间工艺参数；所述控制系统执行处理器PC端发送的计算结果，并将计算结果发送至真空热处理炉中的相应设备，控制相应设备的开启运行状态。进一步地，本专利技术所述的监控系统，其中所述增重测量装置包括有第一内六角紧固螺钉、测量件、杠杆、卡盘前盖、活动卡爪、第二内六角紧固螺钉、压力传感器、安装座、第三内六角紧固螺钉、第四内六角紧固螺钉、顶针环)、支点销、第五内六角紧固螺钉、卡盘后盖、内六角调节齿轮和卡爪驱动齿轮；其中所述测量件与真空热处理炉中待表面处理的工件材料一致，并在其端面有一通孔，用于安装固定测量件；所述测量件通过第一内六角紧固螺钉安装固定于杠杆的前端面；所述杠杆两端设有用于安装紧固的螺纹孔，并在其中一端柱面设有一通孔，用于安装所述支点销；所述杠杆沿所述卡盘前盖及卡盘后盖的轴向设置；所述卡盘前盖和卡盘后盖均设置为圆盘状结构，在所述卡盘前盖中设有与卡盘后盖中位置及大小相一致的第一、第二孔位，并在其端面沿其径向均布有多个大小一致的方形凸台，并在所述方形凸台开有方形孔，所述活动卡爪的一端位于方形孔中；在所述卡盘前盖中的小圆柱面的顶端沿第一孔位的中心设有一个方形台阶，在方形台阶上开有一个半圆柱形的卡位，通过所述卡位用于安装支点销；在所述卡盘后盖)端面设有沿其轴线平行的第一、第二孔位通孔，第三、第四孔位的螺纹孔以及径向的螺纹通孔，所述内六角调节齿轮的一端位于第二孔位中；卡盘前盖和卡盘后盖之间通过第五内六角紧固螺钉相连接；所述活动卡爪设置为T形结构，并在T形的底部设有螺距，所述螺距与所述卡爪驱动齿轮中的平面螺纹相匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端接收增重测量装置传输的实时数值信息，处理器PC端先保存接收的数值信息，然后在将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linearCurve Fit 功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，实现对真空热处理炉中的工件热处理，通过增重测量装置反映工件在热处理过程中的实时增重。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端接收增重测量装置传输的实时数值信息，处理器PC端先保存接收的数值信息，然后在将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linearCurveFit功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，实现对真空热处理炉中的工件热处理，通过增重测量装置反映工件在热处理过程中的实时增重。


2.根据权利要求1所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：所述实时增重数值信息为所述增重测量装置中的测量件在真空热处理炉中，在表面热处理渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中，为实时增重的数值按设定比例放大后的数值信息。


3.根据权利要求1所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：在所述动力学曲线拟合过程中，若根据拟合的相关系数判定为表面渗透控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把碳势提高到所规定范围的上限，有利于提高反应效率，缩短渗碳时间，并根据表面渗透控速动力学模型计算出渗层生长速率，从而确定渗碳时间获得特定渗层厚度；若根据拟合的相关系数判定为内扩散控速模型，在所规定热力学条件下，把温度提高到所规定范围的上限，间歇式供气，有利于提高反应效率；若根据拟合的相关系数判定为表面渗透与内扩散混合控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把温度、碳势、供气方式按表面渗透与内扩散混合控速模型时间节点进行变化控制，有利于提高反应效率，并根据表面渗透与内扩散混合控速模型获得特定渗层。


4.一种采用如权利要求1至3中任意一项所述方法的监控系统，其特征在于：所述监控系统包括有处理器PC端(1)、增重测量装置(2)、控制系统(3)和检测单元；所述增重测量装置(2)将表面热处理时的增重情况的数据信息实时反馈给处理器PC端(1)，所述检测单元包括有多个传感器，多个传感器分别设置于真空热处理炉(4)中，用于检测在表面热处理过程中对渗碳、渗氮和碳氮共渗层影响因素的碳势、氮势、气压及温度相关参数；所述处理器PC端(1)用于接收增重测量装置传输的数值信息的实际值，并执行相应的保存，导入热力学模型及动力学模型数据库，根据接收的实际数值信息与导入数据库中的相应模型对动力学曲线进行拟合，按规程设定计算，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2，其计算结果为热处理过程中最佳温度、气体压力及时间工艺参数；所述控制系统(3)执行处理器PC端(1)发送的计算结果，并将计算结果发送至真空热处理炉(4)中的相应设备，控制相应设备的开启运行状态。


5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于：所述增重测量装置(2)包括有第一内六角紧固螺钉(21)、测量件(22)、杠杆(23)、卡盘前盖(24)、活动卡爪(25)、第二内六角紧固螺钉(26)、压力传感器(27)、安装座(28)、第三内六角紧固螺钉(29)、第四内六角紧固螺钉(210)、顶针环(211)、支点销(212)、第五内六角紧固...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜志斌，朱煜，蒋佩洋，卢世宁，龙冲，
申请(专利权)人：贵州航天精工制造有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52