对热处理工艺过程质量控制的探讨

对热处理工艺过程质量控制的探讨

赵全强，白泉

太原重工股份有限公司，山西省太原市， 030024

摘要：热处理作为改善金属材料性能的一个重要手段，只有做好热处理工艺过程中的质量控制，才能使材料的性能得到最大程度的优化，从而提高生产企业的经济效益。

关键词：热处理；工艺设计；质量控制

一、热处理工艺在提高金属零件制造水平中的作用

金属零件制造是现代工业生产的一个重要组成部分，在金属零件的制造过程中，热处理是提高其零部件性能、生产企业制造水平的重要环节。在工艺设计过程中，合理的热处理工艺可以改善大部分金属材料的机械性能。

1、提高金属材料的切削性能和加工精度

毛坯或半成品金属工件切削过程中，被加工材料、刀具和加工条件的不同，会导致工件变形程度的差异，严重影响工件的表面粗糙度。为了得到最佳切削性能，被加工材料应具有合理的组织状态和硬度，因此工件加工前需进行热处理来改善加工性能。通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后机械加工及最终热处理提供良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。

2、提高金属材料的断裂韧性

金属材料服役过程中，容易出现基体断裂的情况，提高金属的断裂韧性可以延长工件的使用寿命。金属材料的断裂韧性指材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。对金属材料进行裂纹韧性测试时发现，不同热处理状态引起的金属组织变化，会造成断裂韧性值的改变。因此可以通过不同的热处理工艺来改善金属材料的断裂韧性。

二、常用材料热处理工艺

1、淬火

淬火通常是针对钢铁材料等有固态相变特征的金属材料而说的，对于无固态相变的金属材料，如铝合金、铜合金等，称之为固溶处理。淬火是指将材料加热到临界温度以上并保温一段时间，材料充分奥氏体化后以快速的冷却速度进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火通常是所有热处理工艺的第一道工序，后续工艺可以为回火，以获得各种金属组织，进而提高材料某一突出的性能特性或改善综合性能，并作为最终的组织状态，以利于后续的机械加工。淬火介质可以为水、油、无机盐液等，不同的淬火介质可获得不同的淬火性能。

2、回火

所谓回火，即为将淬火后的金属材料重新在低于临界温度下进行加热并保温，然后进行冷却的热处理工艺。回火的目的是为了消除应力，改善综合性能和加工性能，提高材料的塑韧性，并能够起到稳定工件尺寸的作用。按回火温度划分么回火可以分为低温回火、中温回火以及高温回火。低温回火后获得回火马氏体组织，具有较高的硬度和耐磨性，通常刃具、量具、轴承等零件采用低温回火处理；中温回火后获得回火屈氏体组织，具有较高的弹性以及屈服强度，通常弹簧类零件采用中温回火处理；高温回火后获得回火索氏体组织，在兼顾强硬度的同时材料具有较好的塑韧性，即为良好的综合力学性能，通常大部分结构类零件采用高温回火处理，淬火后高温回火的热处理工艺又称为调质处理。

3、退火

所谓退火是将材料加热到一定温度后保温，并以适宜的冷速冷却的热处理工艺。冷却方式可以为随炉冷却，也可以为空气冷却。依据工艺参数（加热方式、加热温度、保温时间、冷却速度）的不同，退火可以分为再结晶退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火等多种退火工艺。通常退火工艺是为了消除组织缺陷、消除残余应力，改善加工性能并稳定尺寸等作用。

4、时效

时效是指将热处理后的工件在一定温度下保持一定时间，其性能会随着时间的延长而发生变化的热处理工艺。时效处理可在淬火或固溶处理后直接进行，也可在回火后或加工变形后进行。通常室温下保持时间较长，为几个月甚至几年，为自然时效处理；通过一定温度加热并保温几小时或甚至几天的工艺称为人工时效处理。时效处理的目的是为了消除热处理或机加工残余应力，改善组织并稳定尺寸，提高综合性能等。

5、化学热处理

顾名思义，化学热处理是改变金属材料化学成分的热处理工艺。主要有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗等。化学热处理将金属材料加热到工艺温度，渗入相应的化学原子并进行一定扩散后冷却的热处理工艺。化学热处理不改变基体金属组织的化学成分，但影响金属表层组织的化学成分和改善组织性能，具有一定的突出优势，适用于齿轮、轴承等耐磨性要求较高的零件，。

三、热处理过程质量管理

热处理质量控制涉及前后各个环节的把控，如原材料的制造水平、生产人员的操作水平、热处理设备的优良以及精确性等。只有把控好每个环节的质量，才能保证材料热处理后获得良好的组织和性能。

1、工件原材料质量

工件的原材料对最后的成品质量也有很大的影响。因此，对工件原材料要进行严格的质量把关，并至少应包括两道程序，即初检和复检。原材料要在复检程序过关后才能真正进入加工环节，尤其是需更换原材料或者替代材料的情况下，更应加强对原材料的复检工作，以保证生产的产品满足设计和质量要求。

2、操作人员素质

金属工件热处理后组织和性能与操作人员的操作水平有极大的关系。热处理操作的工作人员应具备专业的热处理理论知识和丰富的操作实践经验。首先，对于热处理操作人员要严格执行持证上岗的工作制度，相关的合格证件是证明该操作人员各项工作能力的基础。其次，要对热处理操作人员进行周期性地实践操作考核，以便操作人员在工作中能够不断巩固和提高操作水平，保证热处理工艺的有效实施。

3、热处理设备状况

热处理工艺检测过程包括对仪器仪表的检测、炉温均匀性的检测、操作环境的检测以及对零件设备的检测。在热处理工艺施工过程中，一方面，所使用的仪器仪表和生产设备等应该定期进行校准以及质量和安全的检测，以保证在热处理过程中能够正常、有效的使用；另一方面，要加强对仪器仪表和生产设备的维护，延长使用寿命，降低企业周期生产成本，从而提高企业的经济效益。对于热处理加工环境来说，一方面要充分保证热处理工艺所需要的特殊气氛环境，如要弱化工件表面的氧化反应，则需要在较少的氧化介质环境中进行热处理；另一方面要做好生产现场的清洁工作，保证良好的生产环境。

4、提高热处理质量管控全员意识

热处理是一种通过改变材料内部组织结构使得金属工件获得所需性能并保证服役安全性的工艺过程，是机械制造工程的重要组成部分。热处理过程一旦出现质量问题会给企业造成产品批量报废的巨大经济损失。在热处理过程中，每一个操作工序都可能对工件质量造成影响，因此热处理工艺需要采取特殊措施，实施全员、全面、全过程的质量控制。

在机械加工行业中，质量管理人员对产品质量的把控重心，基本放在热处理完成之后，即对成品工件的质量检测和检查。成品制造完成后，若产品质量不过关，则意味着前面所有工序包括热处理等全部作废，废品率和返工率都大大的增加，导致各工序操作人员的工作效率降低，会造成极大的人员成本和原材料消耗成本的浪费。因此，企业质量管理人员应转变质量管控观念，把质量管控由对最终成品的质量监测转变为对产品制造各工序、全过程的质量监测，尤其是热处理这种易造成批量废品且不易返工的特殊处理过程。热处理质量管理人员通过学习热处理专业知识、热处理标准和借鉴热处理企业管理的相关管理经验，将过去传统的完全靠最终检验的被动质量管理理念转变为以预防为主，规范操作和流程的科学质量管理理念。在热处理质量管理过程中，实行全员参与和全过程监督，及时发现每个操作工序中存在的操作问题并及时进行调整，以保证最终产品的质量，为企业降低人员成本和原材料消耗成本，从而提高企业的经济效益。

结束语

综上所述，金属工件通过合理的热处理工艺，可以提高工件的机械性能，延长工件的使用寿命。做好热处理过程中各个环节的质量管理，从对工件原材料质量的把控到不断提高热处理工艺人员和操作人员的知识、技能水平，保证良好的热处理设备状况，做好仪器仪表和生产设备的维护工作，提高热处理质量管控全员意识，并严格管理热处理加工过程的操作环境，这样才能保证产品制造的质量和精度，降低人员成本和原材料消耗成本，从而提高企业的经济效益。

参考文献：

[1]黄维鸽.金属材料热处理节能新技术的运用研究[J].消费导刊，2018（10）.

[2]王国东.金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施[J].现代制造技术与装备，2018（3）.