熱處理質(zhì)量控制及應(yīng)用

中國工程物理研究院電子工程研究所（四川綿陽 621900）劉 杰

熱處理質(zhì)量的質(zhì)量控制是多方面組合成的系統(tǒng)，包括熱處理的計(jì)劃、采購、設(shè)計(jì)、原材料、冷加工等方面的質(zhì)量控制。

1.原材料質(zhì)量控制

優(yōu)質(zhì)的材料是熱處理質(zhì)量控制的最初保證，如果鋼材本身存在各種缺陷和問題，就可能在熱處理時(shí)被擴(kuò)大或引發(fā)熱處理缺陷和問題，從而影響熱處理質(zhì)量，應(yīng)做好以下幾方面：

（1）加強(qiáng)原材料檢驗(yàn)，控制好材料成分波動(dòng)的影響。如鋼的純度，雜物質(zhì)的影響，鋼中偏析的影響，裂紋、氣泡、縮孔等。做到各種工藝材料應(yīng)有相應(yīng)的國際、國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)I(yè)技術(shù)要求。

（2）工藝材料不應(yīng)對(duì)熱處理零件產(chǎn)生有害影響，對(duì)環(huán)境的污染最小。

（3）重要的工藝材料指定廠家提供，并有相關(guān)的質(zhì)量要求。

（4）工藝材料投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

2.熱處理零件設(shè)計(jì)過程質(zhì)量控制

它是全面質(zhì)量控制的先鋒，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量特性、制造難易和產(chǎn)品的使用壽命。

對(duì)熱處理零件來講，在設(shè)計(jì)過程中考慮的是，必須保證零件滿足服役條件所要求的使用性能，并在熱處理過程中不出廢品。熱處理零件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)的基本原則是：

（1）避免應(yīng)力集中、厚薄突變、銳角換成圓弧。

（2）零件質(zhì)量盡可能均衡，使零件在加熱和冷卻時(shí)每個(gè)表面以同樣速率吸放相同熱量，從而不會(huì)由于應(yīng)力不均勻引起變形過大和開裂等質(zhì)量問題，并優(yōu)先考慮下述原則：球形優(yōu)于立方體，立方體優(yōu)于長方體，環(huán)形優(yōu)于錐形，帶孔的模腔不應(yīng)使零件產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)，正確選擇用鋼的原則。

3.機(jī)械加工質(zhì)量的控制

機(jī)械加工零件表面質(zhì)量對(duì)該零件熱處理和性能有影響，表面不良會(huì)降低零件的性能，并有可能成為熱處理失敗的原因，這一點(diǎn)常被人們所忽略。

機(jī)械零件的疲勞損壞大多從表面開始，因此，機(jī)械加工后的表面狀態(tài)對(duì)鋼的疲勞強(qiáng)度影響很大。表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度降低越明顯。粗糙的表面相當(dāng)存在缺口、劃痕等缺陷，會(huì)導(dǎo)致在交變應(yīng)力下形成疲勞裂紋。加工零件的進(jìn)給量大，影響加工應(yīng)力存在的大小，進(jìn)而影響零件熱處理變形量。有時(shí)在零件表面打小鑒別等類的標(biāo)記，打得太深或打得部位不恰當(dāng)或劃線太深，將產(chǎn)生應(yīng)力集中，淬火時(shí)合成應(yīng)力超過材料強(qiáng)度就會(huì)引起開裂。

4.熱處理中的質(zhì)量控制

熱處理工藝是由熱處理爐實(shí)現(xiàn)的。零件的加熱質(zhì)量主要取決于熱處理爐的質(zhì)量和加熱工藝。

（1）嚴(yán)格控制爐溫的均勻度 在爐子中爐膛內(nèi)部各處的溫度是有差別的，這就要求感溫元件在爐中的位置應(yīng)固定，不要隨意變動(dòng)。新爐子、大修后或加熱部件更換后，應(yīng)進(jìn)行爐溫均勻度檢驗(yàn)。一般使用的爐子要按規(guī)定周期進(jìn)行檢定，并對(duì)爐子的控溫系統(tǒng)定期檢定。溫度控制儀表的精確度為±0.3%。控制熱電偶，按周期校準(zhǔn)，其準(zhǔn)確度應(yīng)符合有關(guān)精密的要求。

（2）合理選擇熱處理爐氣控制 對(duì)于不同要求、不同材料應(yīng)選擇相應(yīng)的爐子，這對(duì)零件的質(zhì)量有很大的影響。如磁性材料的退火就必須在鉬鎢加熱真空爐中進(jìn)行，同時(shí)也對(duì)磁性具有保證性。

（3）合理選擇加熱參數(shù) 合理選擇加熱溫度和加熱時(shí)間，并合理選擇加熱速度，是保證熱處理質(zhì)量必不可少的條件。

（4）冷卻質(zhì)量的控制。嚴(yán)格控制淬火冷卻質(zhì)量是提高零件熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵問題。其依據(jù)是零件冷卻后是否獲得了能最大限度滿足使用要求的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。另一種方法是零件在冷卻過程中不產(chǎn)生氧化表面腐蝕和組元成分變化。①選用原則之一，必須滿足工藝要求的冷卻能力，不易老化，能長期使用，操作安全、綠色環(huán)保產(chǎn)品。②熱處理變形控制和開裂預(yù)防。③零件熱處理變形時(shí)的形變，是熱處理過程中主要質(zhì)量問題之一，如何減少熱處理變形至今仍是熱處理工作者的一項(xiàng)重要研究課題。熱處理形變是不可避免的現(xiàn)象，造成形變的原因主要是熱處理過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力以及附加應(yīng)力（如殘留應(yīng)力）并釋放，自重作用，碰撞就可能產(chǎn)生形狀變形，同樣回火時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力和殘留應(yīng)力釋放，從而導(dǎo)致變形。影響變形的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，這就給控制和減少熱處理零件的變形帶來很大難度。解決變形問題必須因零件而異，搞清變形規(guī)律，是控制變形的首要工作，具體分析零件特點(diǎn)、對(duì)稱性、尺寸大小及化學(xué)成分，分析零件本身具有的這些因素對(duì)熱處理后變形有何影響，全面了解零件加工過程，有助于了解變形產(chǎn)生的原因。

5.熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)工作

零件在生產(chǎn)過程中，大體上要依據(jù)通過熱處理前、熱處理中和熱處理后三類檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的方式通常由專職的檢驗(yàn)人員負(fù)責(zé)，并輔以現(xiàn)場(chǎng)操作人員自檢和互檢，通過外觀檢查、硬度檢查、尺寸檢查、組織分析和無損檢測(cè)等。具體檢驗(yàn)項(xiàng)目依零件要求而定，一般都在操作卡式工藝單之類的技術(shù)文件中有規(guī)定。另外，應(yīng)對(duì)整個(gè)熱處理控制活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)。從質(zhì)量控制的發(fā)展到質(zhì)量缺陷的預(yù)防，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的全面提高，實(shí)行一系列技術(shù)方面的改進(jìn)，為獲得高的熱處理質(zhì)量，就必須全面推行熱處理質(zhì)量過程的控制。