汽車零部件熱處理感應(yīng)淬火工藝質(zhì)量管控研究

張 軍

（萬向錢潮股份公司，浙江杭州 311215）

熱處理感應(yīng)淬火工藝在汽車零部件生產(chǎn)中廣泛使用，但是由于其工藝參數(shù)的復(fù)雜性和過程控制的不確定性，可能存在不滿足要求的情況，影響汽車行車安全。為此，應(yīng)使用必要的質(zhì)量管控手段，針對潛在的失效原因進(jìn)行特殊的過程控制，確保制造過程受控。

1 汽車零部件感應(yīng)淬火工藝失效模式與案例

1.1 感應(yīng)淬火失效模式與潛在原因

（1）淬硬層超上差，容易出現(xiàn)脆性斷裂。淬硬層超上差的可能原因有：①原材料淬透性不符合要求；②預(yù)先熱處理的組織、晶粒度不符合要求；③感應(yīng)器與工件間隙偏??；④加熱時(shí)間過長；⑤電壓偏高；⑥淬火液濃度低。

（2）淬硬層超下差，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，使用壽命下降。淬硬層超下差的可能原因有：①原材料淬透性不符合要求；②預(yù)先熱處理的組織、晶粒度不符合要求；③感應(yīng)器與工件間隙偏大；④加熱時(shí)間過短；⑤電壓偏低；⑥導(dǎo)磁體破損；⑦淬火液濃度高。

（3）淬火表面硬度超上差，容易出現(xiàn)脆性斷裂。硬度超上差的可能原因有：①原材料化學(xué)成分不符合要求；②淬火溫度高；③淬火液濃度低；④回火溫度低；⑤回火時(shí)間短；⑥回火不均勻。

（4）淬火表面硬度超下差，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，使用壽命下降。硬度超下差的可能原因有：①原材料化學(xué)成分不符合要求；②淬火液流量偏??；③噴水管、噴水器堵塞；④淬火液濃度高；⑤加熱時(shí)間過短；⑥導(dǎo)磁體破損；⑦回火溫度高；⑧回火時(shí)間長。

（5）淬硬層形狀不符合要求，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，產(chǎn)生使用壽命下降和異常斷裂等問題。淬形不符的可能原因有：①感應(yīng)器形狀與工件形狀不匹配；②加熱時(shí)間不合理；③屏蔽環(huán)位置不合理；④淬火液流量偏??；⑤噴水管、噴水器堵塞；⑥導(dǎo)磁體破損；⑦電壓變化太大；⑧設(shè)備報(bào)警異常停機(jī)。

（6）淬火裂紋，導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生早期斷裂。產(chǎn)生淬火裂紋的可能原因有：①淬火溫度過高，導(dǎo)致組織粗大；②感應(yīng)器停留時(shí)間過長；③淬硬層深度過深；④淬火液溫度偏低導(dǎo)致冷卻速度過大；⑤感應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理。

（7）淬火變形量、跳動(dòng)超差，影響后續(xù)裝配和使用?？赡茉蛴校孩僭牧洗阃感圆环弦?；②感應(yīng)器形狀與工件形狀不匹配；③加熱時(shí)間過長；④淬火液濃度不符；⑤冷卻水噴淋流量偏?。虎薅ㄎ还ぱb精度超差。

1.2 感應(yīng)淬火失效案例

1.2.1 淬硬層形狀不符合要求

1.2.1.1 問題描述

車輛在60km/h左右行駛過程中車身抖動(dòng)，故障件樣品拆解后，經(jīng)金相分析，發(fā)現(xiàn)工件表面早期凹陷，把故障件縱向金相切片，磨損工件表面的淬形呈波浪狀，且在后半部分出現(xiàn)斷層現(xiàn)象，如圖1所示。由此判定工件表面有效淬火形狀達(dá)不到要求，導(dǎo)致零件早期磨損失效。

圖1 故障件金相切片

1.2.1.2 原因分析

根本原因?yàn)門PM維護(hù)流于形式，淬火液清潔度管理失效，淬火液水槽和輸送管道缺少清理維護(hù)，存在管路和噴水器孔部分堵塞，如圖2所示；淬火過程中冷卻不良，導(dǎo)致淬火形狀出現(xiàn)斷層。金相檢驗(yàn)方法錯(cuò)誤，只檢測了橫切位置，沒有對縱切位置進(jìn)行檢測，導(dǎo)致不能發(fā)現(xiàn)淬火形狀不合格問題。

圖2 噴水器孔部分堵塞

1.2.2 淬火表面硬度超下差

1.2.2.1 問題描述

車輛行駛到50～80km/h時(shí)出現(xiàn)左右竄動(dòng)，故障件樣品拆解后，發(fā)現(xiàn)工件表面存在異常磨損，經(jīng)金相分析，工件表面硬度明顯偏低，造成工件表面早期磨損產(chǎn)生凹陷，如圖3所示，引起行駛抖動(dòng)不良。

圖3 工件表面異常磨損凹陷

1.2.2.2 原因分析

根本原因?yàn)榇慊鸶袘?yīng)器的管理失效，感應(yīng)器的導(dǎo)磁體嚴(yán)重破損，造成表面加熱溫度不足，如圖4所示，導(dǎo)致表面淬火硬度不良。金相檢驗(yàn)失效的原因是沒有按照金相檢驗(yàn)規(guī)范要求對首末件樣品采用硬度法進(jìn)行檢測，僅對試樣進(jìn)行酸洗外觀檢測，并且人員技能不足，導(dǎo)致不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

圖4 破損的導(dǎo)磁體

1.2.3 淬火裂紋

1.2.3.1 問題描述

在零件探傷過程中發(fā)現(xiàn)連接軸的R角位置存在裂紋現(xiàn)象，如圖5所示。故障件經(jīng)過金相分析，發(fā)現(xiàn)為感應(yīng)淬火過程中產(chǎn)生的原始裂紋，如圖6所示。如果產(chǎn)品流通到市場上，裂紋位置在使用過程中會(huì)延伸擴(kuò)展，最終產(chǎn)品產(chǎn)生斷裂，導(dǎo)致嚴(yán)重的車輛質(zhì)量安全事故。

圖6 淬火原始裂紋

1.2.3.2 原因分析

根本原因?yàn)榇慊鸺訜徇^程的調(diào)試程序不合理，感應(yīng)器在連接軸的R角位置停留時(shí)間過長，導(dǎo)致組織粗大，并且淬硬層深度過深，導(dǎo)致應(yīng)力集中，產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。

2 汽車零部件感應(yīng)淬火工藝管控方法

2.1 人員管理

2.1.1 人員技能

調(diào)試員、金相檢驗(yàn)員、熱處理工程師、操作員的資質(zhì)和技能進(jìn)行確認(rèn)，人員技能和意識(shí)態(tài)度符合熱處理特殊工藝的管控要求。

2.1.2 人員配置

人員配置中尤其金相檢驗(yàn)人員需要充足，按規(guī)定的頻次、數(shù)量有效實(shí)施首、末件檢驗(yàn)和過程檢驗(yàn)，如因人員缺少導(dǎo)致不能有效實(shí)施首、末件檢測，會(huì)存在批量流出風(fēng)險(xiǎn)。

熱處理產(chǎn)線應(yīng)設(shè)立一名專職熱處理過程質(zhì)量工程師，專職對熱處理產(chǎn)線進(jìn)行日常監(jiān)督管控。

2.2 設(shè)備管理

2.2.1 防錯(cuò)管理

感應(yīng)淬火過程參數(shù)根據(jù)工藝文件的要求正確設(shè)置，溫度監(jiān)控、能量監(jiān)控、流量監(jiān)控和渦流檢測等防錯(cuò)裝置必須保證正常開啟并在每班班前進(jìn)行有效驗(yàn)證?；鼗鸬臏囟缺O(jiān)控、時(shí)間監(jiān)控以及回火物料的進(jìn)爐擺放進(jìn)行防錯(cuò)管理。

2.2.2 工裝管理

正確理解感應(yīng)器的原理和要求，建立感應(yīng)器設(shè)計(jì)、采購、驗(yàn)收、維護(hù)和調(diào)試檢查等環(huán)節(jié)的要求；感應(yīng)器具備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制作能力，在考慮成本的同時(shí)，選擇能力適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器供方；感應(yīng)器使用前后應(yīng)進(jìn)行維護(hù)和檢查；對感應(yīng)器實(shí)施壽命管理；感應(yīng)器使用前對噴水孔進(jìn)行檢查和疏通，防止使用過程中發(fā)生堵塞；定位工裝的同軸度、跳動(dòng)精度受控。

2.2.3 淬火液管理

對淬火液定期進(jìn)行更換、添加，濃度應(yīng)符合工藝要求；選擇正確的淬火液牌號(hào)，冷卻性能檢測符合要求；對淬火液管路和水槽的雜質(zhì)、污泥進(jìn)行清理，配置淬火液過濾系統(tǒng)。

2.2.4 感應(yīng)淬火設(shè)備

感應(yīng)淬火設(shè)備必須具備作業(yè)條件，杜絕帶病作業(yè)現(xiàn)象，過濾系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等需能正常工作，不能存在設(shè)備以及相關(guān)裝置故障現(xiàn)象；設(shè)備TPM維護(hù)按規(guī)范開展，消除形式主義，尤其淬火液管路、水箱，做到按頻次清理。

2.3 調(diào)試管理

2.3.1 調(diào)試件

調(diào)試件做好標(biāo)識(shí)、定置并報(bào)廢處理；調(diào)試不合格的二次調(diào)試件應(yīng)經(jīng)過再次檢驗(yàn)確認(rèn)；過程有調(diào)整時(shí)應(yīng)對調(diào)整后的首件重新進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

2.3.2 調(diào)試流程

每次調(diào)試時(shí)，最好只改動(dòng)一個(gè)參數(shù)，根據(jù)這一個(gè)變動(dòng)量來觀察工件的淬火變化情況，這是比較科學(xué)的調(diào)試方法。如果每次調(diào)試時(shí)改動(dòng)好幾個(gè)參數(shù)，會(huì)出現(xiàn)不清楚是具體哪個(gè)參數(shù)影響工件淬形層的問題。調(diào)試的過程中，調(diào)試員要做好記錄。例如，第一次調(diào)試不成功，記錄所有的參數(shù)（包括電流、電壓、淬火液流量、掃描速度、噴液位置等），并附上金相檢測結(jié)果。第二次調(diào)試不成功，同樣記錄所有的參數(shù)。首件調(diào)試合格后，記錄所有的過程參數(shù)，來衡量調(diào)試的最佳方法。

調(diào)試員負(fù)責(zé)具體調(diào)試過程的實(shí)施及金相首件檢驗(yàn)，調(diào)試報(bào)告必須金相檢驗(yàn)員核檢并簽字確認(rèn)后，方可實(shí)施批量生產(chǎn)。

2.4 過程管理

2.4.1 工藝執(zhí)行

工藝紀(jì)律要求不能形同虛設(shè)，制造過程容易存在不做少做，弄虛作假、虛填記錄等現(xiàn)象，必須建立熱處理質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)督管理機(jī)制，實(shí)施質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)格化管理，管理層、主管層、班組層人員每天每周實(shí)施分層級的現(xiàn)場審核檢查，很多問題都能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。

2.4.2 現(xiàn)場監(jiān)督

熱處理過程質(zhì)量工程師每天對現(xiàn)場的每班首件金相檢測報(bào)告進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)工藝文件對設(shè)備的過程參數(shù)符合性進(jìn)行核查，對監(jiān)控系統(tǒng)、防錯(cuò)裝置有效性情況進(jìn)行驗(yàn)證，巡查制造現(xiàn)場的不合規(guī)現(xiàn)象，及時(shí)制止、分析、處理、報(bào)告。

2.5 異常管理

建立設(shè)備異常報(bào)警處理流程；建立熱處理不合格品處理流程；建立異常批次的管控制度；熱處理異常授權(quán)專人確認(rèn)、處理。感應(yīng)淬火工序發(fā)現(xiàn)的任何不合格品，禁止返工返修，直接報(bào)廢處理，做好標(biāo)識(shí)、隔離、記錄，放入紅料箱。

2.6 檢驗(yàn)管理

2.6.1 金相檢驗(yàn)

金相檢驗(yàn)規(guī)范應(yīng)對職責(zé)分工、頻次、檢驗(yàn)方法、檢測位置進(jìn)行清楚規(guī)定；金相檢驗(yàn)室應(yīng)承擔(dān)對生產(chǎn)監(jiān)管的職責(zé)，對檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的不合格及時(shí)通報(bào)和推動(dòng)生產(chǎn)改進(jìn)；金相檢驗(yàn)室做好樣品的檢測記錄和保管。

2.6.2 無損檢驗(yàn)

應(yīng)考慮增加渦流檢測設(shè)備，以便快速、足夠頻次地實(shí)施產(chǎn)品的硬度、淬硬層無損檢測，從出現(xiàn)過的問題經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來分析，硬度偏低導(dǎo)致的問題較多，而硬度偏低可以通過渦流檢測有效識(shí)別。

2.7 來料管理

來料產(chǎn)品的清潔度（油污、鐵屑、生銹）、預(yù)熱處理質(zhì)量受控，對預(yù)熱處理、清潔度等方面要求進(jìn)行清楚規(guī)定；必要時(shí)淬火前實(shí)施清洗烘干。

2.8 變化點(diǎn)管理

指定專人每天對生產(chǎn)過程的4M（人、機(jī)、料、法）變化點(diǎn)進(jìn)行檢查和管控，識(shí)別當(dāng)班發(fā)生的4M變更內(nèi)容，標(biāo)識(shí)變化點(diǎn)工位，制訂加嚴(yán)控制方法，落實(shí)各類變化點(diǎn)的控制手段和執(zhí)行人，設(shè)定變化點(diǎn)退出條件，收集變化點(diǎn)控制記錄。

3 結(jié)束語

熱處理感應(yīng)淬火是一種特殊的制造工藝過程，在汽車零部件企業(yè)廣泛應(yīng)用，制造企業(yè)應(yīng)該關(guān)注感應(yīng)淬火過程中的潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并進(jìn)行特殊管控，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，保證安全性和可靠性。