為了提高產能和節約能源，在工業生產時要用到連續式真空爐。由于工件一直處于爐內，因此工件的轉移和到位均需要使用傳感器(到位開關)進行控制。本文以雙室真空油淬爐為連續式真空爐的代表性爐型進行分析說明，具體介紹了鋼在熱處理冷卻過程中的等溫轉變過程，以及傳感器(到位開關)設置位置與靈敏度的重要性，最后舉例說明幾種開關的設置型式及特點比較。

　　鋼在熱處理冷卻過程中會發生奧氏體等溫轉變。對于雙室真空油淬爐，由于鋼在高溫時溫度衰減極快，如不能及時將其轉移至油淬室進行淬火，則鋼很容易發生等溫轉變而不能完全轉換成淬火希望得到的馬氏體，從而降低材料的硬度及耐磨性等性能，失去淬火的效果。而工件在爐內的工作位置均由傳感器(到位開關)進行檢測，如開關的設置型式或使用不當，也會使工件不能及時淬火，這樣就凸顯了開關在淬火過程中的重要性。

1、奧氏體鋼的熱處理

　　1.1、鋼在加熱時的轉變

　　在Fe-Fe3C相圖中，A1、A3和Acm是碳鋼在極緩慢地加熱或冷卻時的轉變溫度，因此A1、A3和Acm點都是平衡臨界點。但在實際生產時，加熱和冷卻并不是極緩慢的，因此不可能在平衡臨界點進行組織轉變，有過冷或過熱現象。如圖1，將鋼在加熱時的實際轉變溫度分別用Ac1、Ac3和Accm表示，冷卻時的實際轉變溫度分別用Ar1、Ar3和Arcm表示。鋼進行熱處理時首先要加熱，任何成分的碳鋼加熱到A1點以上時，其組織都要發生珠光體向奧氏體的轉變，這種轉變稱為奧氏體化。奧氏體化后的鋼，以不同的冷卻方式進行冷卻轉變，便可得到不同的組織，從而使鋼獲得不同的性能。

圖1 加熱和冷卻對臨界轉變溫度的影響

　　1.2、奧氏體等溫轉變

　　在熱處理中，通常有兩種冷卻方式，即等溫冷卻和連續冷卻。如圖2，等溫冷卻是把鋼加熱奧氏體化后，快速冷卻到A1 以下，在不同過冷度下等溫，測定奧氏體的轉變過程;連續冷卻是在不同冷卻速度過程中測定奧氏體的轉變過程。將這兩個轉變過程繪制成曲線，那么這兩種曲線能正確說明奧氏體的冷卻條件與組織轉變間的相互關系，這是對鋼材進行熱處理的重要依據。

　　共析鋼在不同過冷度下奧氏體等溫轉變動力學曲線圖是將經奧氏體化的共析碳鋼急冷到A1以下，在各不同溫度下的保溫過程中，繪制其轉變開始(左邊的一條曲線)到轉變終了(右邊的一條曲線) 的時間關系曲線圖，也稱TTT(Temperature Time Transformation) 曲線，因其形狀象字母C，所以又稱C 曲線。C 曲線是利用熱分析等方法獲得的。

　　如圖2 所示，A1 以上是奧氏體穩定區域;A1 以下轉變開始線以左的區域奧氏體處于不穩定狀態，經過一段時間的孕育期(以轉變開始線與縱坐標之間的距離來表示)，它將發生轉變。這種在孕育期暫時存在的、處于不穩定狀態的奧氏體，稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體在不同溫度下等溫轉變所需的孕育期是不同的，隨轉變溫度降低，孕育期先逐漸縮短，然后又逐漸變長，在550℃左右孕育期最短，過冷奧氏體最不穩定，它的轉變速度最快，這里成為C 曲線的“鼻尖”。過冷奧氏體的穩定性取決于相變驅動力和擴散這兩個因素。在“鼻尖”以上，過冷度越小，相變驅動力也越小;在“鼻尖”以下，溫度越低，原子擴散越困難，兩者都使奧氏體穩定性增加，孕育期增長。

圖2 共析鋼的C 曲線

　　圖中A1 以下，轉變終了線以右的區域為轉變產物區，轉變開始線與終了線之間為轉變區。Ms 線為馬氏體轉變開始溫度，Mf 線為馬氏體轉變終了溫度。

　　1.3、淬火工藝

　　淬火是將鋼加熱到Ac3 或Ac1 以上(圖1)，保溫一段時間，使其奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快速冷卻，從而進行馬氏體轉變的熱處理工藝。淬火要得到馬氏體，淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。由圖2 可知，淬火鋼在整個冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。關鍵是在過冷奧氏體最不穩定的C 曲線鼻尖附近，即在650～400℃的溫度范圍內要快速冷卻。而從淬火溫度到650℃之間以及400℃以下，特別是300～200℃以下并不希望快冷。因為淬火冷卻中工件截面的內外溫度差會引起熱應力。另外，由于鋼中的比容(單位質量物質的體積)不同，其中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，因此，馬氏體的轉變將使工件的體積脹大，如冷卻速度較大，工件截面上的內外溫度差將增大，使馬氏體轉變不能同時進行而造成相變應力。真空技術網（http://203scouts.com/）認為冷卻速度越大，熱應力和相變應力越大，鋼在馬氏體轉變過程中便容易引起變形與裂紋。

圖3 鋼的理想淬火冷卻曲線圖4 雙室真空油淬爐結構示意圖

3、幾種傳感器(到位開關)的型式及特點比較

　　3.1、接觸式行程開關

　　接觸式行程開關是一種常用的小電流主令電器。利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。

　　如圖5，行程開關設置于工件位于加熱室與油淬室時的兩個工作位置，當傳動系統帶動撞柱移動至這兩個位置時，撞柱觸發行程開關產生信號檢測工件的運行位置。

　　此種方式雖能實際反映工件位置，但限于開關本身為機械結構，故存在響應速度低、精度差、反復撞擊容易損壞及壽命短等缺點，而且開關置于爐內，增加了開關接線處的密封結構，又容易被油蒸汽污染，所以此種方式已經逐漸被其他方式所取代。

圖5 接觸式行程開關設置于爐內

　　3.2、感應式接近開關

　　感應式接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的位置開關，當物體接近開關的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關動作，從而驅動直流電器或給計算機裝置提供控制指令。

圖6 感應式接近開關設置于爐外

　　如圖6，減速機通過傳動軸將工件位置傳遞到輸出軸上，輸出軸帶動接近裝置旋轉，在工件位于加熱室與油淬室兩個工作位置時，接近裝置移動至接近開關處，從而使接近開關產生信號檢測工件的運行位置。

　　此種方式開關位于爐外，又置于保護罩內，不會被油蒸汽及粉塵污染，密封結構少(僅有傳動軸一處)，結構緊湊美觀。不足之處在于工件實際位置通過減速機傳遞，故輸出信號與實際位置有一定偏差;而感應式開關本身也會受周圍溫度、物體以及開關之間的相互影響。

　　不過接近開關由于能克服接觸式行程開關的缺點，真空技術網（http://203scouts.com/）認為在實際應用中已經可以成為接觸式行程開關的理想替代品。

　　3.3、光電開關

　　光電開關(光電傳感器)是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。

　　如圖7，光電開關發射器與接收器分置于爐體兩側，當傳動系統帶動遮擋柱移動至加熱室和油淬室兩個工作位置時，遮擋柱便擋住了發射器發出的光束，從而產生信號檢測工件的運行位置。光電開關能夠克服接觸式行程開關及感應式接近開關各自本身的缺點，又具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強等優點，如果未來其價格具有優勢，則其將具有更加廣泛的應用前景。

圖7 光電開關發射器與接收器

4、結論

　　在(3)中詳細介紹了幾種到位開關的設置方式及特點：接觸式行程開關由于其需要接觸的特性已經逐漸被感應式接近開關所取代，而在用感應式接近開關時，也需注意克服其缺點，如避免在強磁場中使用，以及將兩開關設置較遠防止互相干擾等。而光電開關雖然擁有眾多優點，但其價格較高，考慮其價格與結果的最優性是其使用的一個重要因素。