淺談熱處理質量過程控制

■ 趙步青，胡會峰，劉春菱，張丹寧

“中國熱處理與表層改性技術線路圖”指出“熱處理和表層改性屬于國家核心技術，其在中國從材料大國和制造大國走向強國的進程中具有舉足輕重的作用”，趙振業院士反復強調：“熱處理是國家核心競爭力”。熱處理是決定產品性能、壽命和可靠性的關鍵過程，熱處理水平是機械行業競爭的核心要素。熱處理質量一般由人通過儀器儀表控制，由于受熱處理材料特性的差異性、工藝參數的復雜性和過程控制的不確定性以及檢測試樣部位和抽樣率等諸多因素的影響，同時受產品檢測的滯后性及對產品破壞性檢測形成的較大損失等限制，對于每一批熱處理件，甚至對每一個工件，檢測都是個別的、局部的，無論如何都不可能達到100%檢驗和判斷，導致長期以來熱處理質量的控制成為制造業的一大難點。

同時熱處理生產往往是成爐批量投入、連續生產，一旦出了質量問題，對生產交付和產品性能影響很大；而且熱處理件大多是經過機械加工的成品或半成品，出現質量問題造成的經濟損失非常大；尤其熱處理缺陷未能檢出或未得到有效控制很容易在后期服役過程中發生嚴重的失效事故，造成的損失就更大了。因此，從質量控制的角度，熱處理作為特殊的工藝過程必須采取特殊的措施。

1. 制定熱處理質量標準

要想制造出高質量的熱處理產品，必須制定出高標準的技術要求，并付諸實施，如高速鋼刀具硬度的國際標準、國家標準等。對HSS鋼而言，大多要求硬度達到63~66HRC。根據市場調查和行業PK，優等品硬度全在65HRC以上，63~65HRC雖符合標準要求，但市場不歡迎，客戶也不會接受。我們在創國家品牌和名優產品時感受非常深。對于每一類高速鋼刀具來說，要在確保韌性的前提下，力求高硬度。

用5Cr8類基體鋼制作的加工木材用機械刀片，也有一個合適的硬度范圍，我們經過調研，把硬度穩定地控制在61.5~62.5HRC，很受用戶青睞。如果按國際標準、國家標準中的技術條件生產，熱處理出來的產品雖都合格，但無競爭力，遲早會被淘汰出局。

任何單位在自家產品定型的情況下，一定要高標準、嚴要求，跟蹤國際先進水平，制定出切實可行的企業內控標準，但要張弛有度，不能嚴過頭，比如對于高速鋼制車刀，過熱5級很耐用，但很少有人敢這樣干，還是保險一些好。

2. 做好人的工作

人是生產力中最活躍的因素，也是最主要的因素。從根本上講，市場競爭的本質是人才的競爭。我們相信“只要有了人，什么人間奇跡都可以創造出來”的神話。在這個世界上，什么樣的好事都是人創造出來的，同樣，什么樣的壞事也是人所為。從事熱處理的工作人員應具有良好的職業道德，具備相應的熱處理理論知識和實際操作技能，并通過職業資格鑒定，持證上崗；取得上崗證只是一個基礎，只有對從業人員按周期進行考核，持續性的考核方可繼續從事熱處理崗位工作。

企業管理說到底是人際關系，是人對人的管理，其次才是人對物對事的管理，要改變傳統的檢驗人員被動把質量關的觀念，樹立全員參與、全過程控制、全面管理的系統工程觀念。

3. 原材料和工藝材料控制

不管是什么產品所用的原材料必須嚴格控制，并且對來料進行復驗，符合合同要求方可入庫。比如高速鋼刀具所用原材料，除了對化學成分進行化驗外，還對外觀質量、碳化物不均勻度、脫碳層、淬后硬度及中心疏松等抽樣檢查，要分爐管理，根據產品類型選擇相應的碳飽和度。對生產廠家也有要求，有些工具廠高速鋼原材料只選河北冶金科技、江蘇福達特鋼兩家。日本高速鋼刀具鹽浴淬火，爐前不看金相，因為日本人所用高速鋼跟固定鋼廠有簽約，成分非常穩定，工藝也很穩定，按照鋼廠給定的熱處理工藝操作，絕對不會出質量問題。我國的國情就不同了，不光是混爐號，還會混鋼號，爐前不看金相肯定出問題。

4. 儀表與設備的控制

所有熱處理過程都是通過相應的熱處理設備來實現的，所有的工藝參數是通過相應的熱電偶、溫度控制儀表、溫度記錄儀表、真空度儀表等來控制和記錄。因此，設備儀表的等級在很大程度上決定了被熱處理件的質量。溫度是熱處理的靈魂，在很大程度上講溫度決定一切，因為熱處理的各種變化及相變，都是在溫度的“驅動”下完成的，溫度指示固然要正確，但設定溫度、控制溫度也必須正確。如高速鋼刀具鹽浴淬火分級溫度，以前大部分單位用580~620℃，現在不少企業改為480~550℃。少數單位不重視，分級溫度達到620~680℃還在使用。正因為分級溫度有高低，致使冷卻速度快慢不同，最終導致刀具質量差異性很大，冷卻速度越快刀具壽命越高。

5. 工藝與過程控制

工藝與過程控制的有效性是建立質量控制的關鍵，GB/T 32541—2016《熱處理質量控制體系》第9章規定了工藝過程控制的通用要求、感應熱處理的工藝控制要求、過程監視測量的要求等。

該標準規定應根據產品和客戶要求識別并制訂相應的工藝和過程控制的作業指導書。同樣材料制造同樣的產品，用在不同場合分別列出工藝，即熱處理應該個性化。具體從對產品熱處理前化學成分、金相組織、晶粒度等初始狀態的驗證開始，對工藝路線的設計，作業文件的編制、發放、培訓，工裝夾具的管理，熱處理溫度、氣氛、冷卻方式和能力，淬火冷卻介質的管理，產品裝運管理，淬火后到回火前最長的停留時間，以及產品處理周期、清洗、回火、檢測、表面清理、防銹、過程數據收集分析等關鍵工序過程提出了要求，并給出了具體參考對數，如溫度、時間、氣氛、壓力、裝爐量及流量等。

另外，應嚴格工藝更改控制，要按照工藝文件控制程序實施更改。技術文件保管部門要做好生產現場使用的圖樣、工藝文件、質量控制管理，保證文件的齊全、完善、統一和清晰。現場操作人員必須嚴格執行工藝紀律，按工藝操作，不得隨意改變工藝參數。要求管理人員包括工藝員、施工員、檢驗員等管理人員要經常性分層次地進行工藝紀律檢查，發現違規嚴肅處理。

6. 熱處理作業環境控制

熱處理作業場所的噪聲應符合GB/T 50087—2013《工業企業噪聲設計控制規范》等相關標準規定；有害物質應符合GB/T 27946—2011《熱處理工作場空氣中有害物質的限值》等相關標準規定；安全與衛生應符合GB/T 30822—2014《熱處理環境保證技術要求》等相關標準規定；化學危險品分類和貯存應符合GB13690—2009《化學品分類和危險性公示通則》、GB15603—1995《常用危險化學品貯存通則》等相關標準規定。

檢查識別熱處理過程中有害產品質量管理的作業場所與安全衛生因素并評審這些因素對質量管理的影響，控制和消除這些影響將有利于質量控制的提高和穩定。在確保熱處理場所的特殊要求外，還要做好現場的整理、整頓和清掃工作，大力提倡文明生產、清洗生產。

7. 檢測過程控制

檢測過程不僅包括爐溫均勻度檢測、設備儀表檢測、熱電偶高溫測量技術，還包括熱處理工件檢測設備的校驗。這就需要對熱處理過程中使用的監視和測量設備進行分類管理并制訂有效期，嚴格按照期限進行檢驗，對未在有效期內器具禁止在生產過程中使用。

為保證熱處理儀器儀表和熱處理檢測設備都在有效的檢測周期內使用，應以設備為主體，將設備上所有需要定期校驗的儀器儀表建立電子檔案，并根據要求的周期設置下次提醒信號，最短提醒期為一周，確保生產現場所用的一切儀器儀表安全、可靠、有效。

8. 結語

綜上所述，要搞好熱處理，使質量穩定提高，關鍵是人，其次是先進的工藝，準確地控溫，嚴格的質檢，建立健全各種規章制度。

[1] 中國熱處理學會.中國熱處理與表層改性技術線路圖[J].金屬熱處理，2014，39（4）：156-158.

[2] 趙振業.發展熱處理和表面改性技術，提升國家核心競爭力[J].金屬熱處理，2013，38（1）：1-3.