热处理全面质量控制热处理全面质量控制1一、前言一、前言 改革开放以来，我国与国际交往不断增加，随着国际贸易的发展，市场竞争越来越激烈，质量战趋于白热化，为此推动了质量管理和质量控制方面的进步，加速了与世界接轨的进程，在全国范围掀起了“ISO9000热潮”，制定了等效采用ISO9000系列标准的国标、国军标，并广泛宣贯，组织认证，目前通过ISO9000系列标准认证已成为各企业质量上档次的标志，在迎接我国加入WTO过程中，取得ISO9000系列标准认证就更为重要，更为迫切。2热处理是通过改变材料组织使机械零件或产品获得所需性能并保证使用安全可靠的工艺过程，是机械制造工程的重要组成部分。热处理特点之一是属于“内科”，热处理质量一般需通过使用专门仪器对零件或随炉试样进行检测，由于受到检测抽检率和检测部位的限制，对于每一炉批热处理零件，甚至对每一个零件来说，检测都只是个别的、局部的，无论如何都不能达到对热处理质量100%的检测，检验不能完全反映整批零件或整个零件的热处理质量。3 第二个特点是热处理质量影响大，热处理生产成炉批量投入，连续生产，一旦出现热处理质量问题，对生产和产品的影响面很大；另一方面热处理对象大部分是经过加工的半成品件或成品件，如果出现热处理质量问题，其损失都很大；更主要的是热处理缺陷漏检很容易发生严重的机械事故，造成损失更大。因此，从质量控制观点来看，热处理属于特种工艺，要采取特殊措施，实施全面质量控制，制定专门的工艺规程和检验规程。在ISO9000系列标准认证中，对热处理都特别给予关注，都列为必检内容。4ISO9000系列标准中强调从“人机料法环”诸因素的全面质量控制，人（Man）、机（Machine）、料（Material）、法（Method）、环（Environment）,这就是通常所说的4MIE。为实现上述要求，热处理行业制订了热处理全面质量控制方面的专业标准，包括航空标准“HB5354-94热处理工艺质量控制”、国军标“GJB509A-95热处理工艺质量控制要求”、机械标准“JB/T10175-2000热处理质量控制要求”等。近年来，在宣贯热处理全面质量控制标准推动下，我国热处理技术发展和进步很快。5二、二、热处理全面质量控制的概念热处理全面质量控制的概念 热处理全面质量控制，就是对零件在整个热处理过程中一切影响因素实施全面控制。全体热处理有关人员都参与热处理质量工作，对热处理过程每一个环节都实行质量控制，包括基础条件质量控制、热处理前质量控制、热处理中质量控制、热处理后质量控制，如图1所示，其中主要是人员素质控制、设备与仪表控制、工艺材料及槽液控制、工艺控制、技术文件资料控制等。6 实行热处理全面质量控制就是改变过去传统的单纯靠最终检验被动把关来保证质量的观念和制度，实行以预防为主，预防与检验结合的主动控制质量保证模式，把重点转移到质量形成过程的控制上来，把热处理缺陷消灭在质量形成过程中。热处理全面质量控制是一项系统工程，把专业技术、管理技术和科学方法集中统一在一个整体之中。7三、人员素质控制三、人员素质控制 因为热处理生产过程每一步骤都是由人操作完成的，所以人员素质是确保质量的根本要素。热处理各类人员应具有相应专业知识和技能，熟悉有关技术文件和规章制度，还应了解质量控制和管理基本知识。坚持培训、考核、发证和持证上岗等一系措施和办法。有些关键零件的热处理，还明确规定由一定等级以上工人操作。8热处理生产、技术、质量控制的管理人员应具有一定的专业理论水平，熟悉本职业务，并有一定实践经验。热处理工、仪表员、金相试验员、检验员等都应按工人等级应知应会要求进行培训，考核合格。 关于工人培训、考核、取证和持证上岗工作已引起国家有关部门的重视，最近还专门发文作了明确规定和要求。为适应这种形势，中国热协正在全国范围内组织对热处理人员培训、考核、发证。9 四、作业环境控制四、作业环境控制（1）厂房热处理车间应有足够的生产面积和辅助面积。生产面积应能满足按设备技术要求和技安要求摆放各种设备，还要保证安全操作。此外，根据质量控制要求，生产现场要把不同热处理状态的工件区分开，分别摆放，所以热处理车间要有待处理工件、合格品工件，不合格品工件、返修工件、废品隔离的摆放场地。热处理车间应具有下列辅助面积：工艺材料和辅助材料存放室、备件备品存放室、工夹具存放室、进料库房、成品库房以及办公室、更衣室、浴室等。10热处理厂房应具有良好通风，以利于排放放有害气体，产生有害物质的设备还要设置专门抽风、排尘和过滤装置，危险工序应有单独隔开房间。 各种仪表应远离灰尘、腐蚀性烟气和振动不大地方，环境温度符合仪表要求，保证仪表正常运行，新的热处理厂房已采用微机集散控制或仪表集中控制。11（2）温度 热处理的加热和冷却对周围环境有影响，同时生产环境也影响热处理工艺的正确实施，导致热处理工件质量一致性差，甚至出现不合格品和畸变开裂。因此热处理作业温度夏天一般不超过当地气温的210，冬季温度应不低于10。12（3）照明和采光良好的照明和采光是保证热处理工序正确无误按工艺要求实施的必要条件，热处理工序光照度应不低于50lx，必要时应在仪表柜加装单独照明。（4）噪音噪音过大影响现场各类人员的情绪，容易造成误操作，影响热处理质量，严重时导致听力下降。热处理车间噪音一般应低于85dB，强噪音作业（如吹砂，喷丸等）应在封闭房间。13五、设备与仪表控制五、设备与仪表控制（1）温度仪表及控制系统为了使热处理加热温度满足工艺要求，热处理炉应配置合适的温度控制记录仪表。为了防止热电偶及仪表故障造成温度失控，引起“跑温”，热处理炉每一个加热区均应配置两支热电偶，其中一支热电偶安放在有效加热区内，连接温度记录仪表，以便准确反映加热实际情况，另一支热电偶接控温仪表，进行炉子温度的自动控制，此外这两支热电偶中应有一支并联报警装置，一旦出现超温时能自动报警并切断电源，这种配置称之为“双联温度系统”，另外还可采用控温、记录、报警三者分别独立的系统，称之为“三联温度系统”。14 热处理炉的温度测量装置应能准确地反映出真实温度，具有足够的精度、可靠性和稳定性。温度测量装置包括热电偶、补偿导线及仪表，都应符合要求，并定期检定合格。15 现场使用的温度测量仪表，由于环境气氛和温度的影响，可能老化或变质，这是一个渐进的过程，由量变到质变的过程，但热电偶或温度仪表性能任何变化，都会影响炉温温度准确性。为了使现场使用的温度测量系统能准确反映热处理炉温度，还应对该系统准确程度定期进行检验，称之为“随炉检验”，一般规定每周检测一次。随炉检验时还需再装一支检验热电偶，检验热电偶热端应放在有效加热区内，与温度记录系统热电偶热端距离小于50mm，这样可以避免测温位置的影响。检测可用手提电位差计等精度较高仪表在炉子处于热稳定状态下进行，一般在热处理保温阶段测试。随炉检测的温度经误差修正后与温度记录仪指示比较，两者之差对于、类炉子应不超过1，类炉应不超过3。如果超过上述规定范围，应查明原因，及时排除，也可采取温度补偿器修正。16（2）热处理炉的炉温均匀性为了使热处理零件达到预期的使用性能，在热处理加热过程中，全部零件及零件的所有部位均应处于热处理工艺参数要求的温度范围内，为此，热处理炉应能准确的控制和记录加热温度，并保证炉膛中工作区各处的炉温均匀一致。 热处理炉炉膛工作区内各处温度均匀一致的程度一般用“炉温均匀性”（也称保温精度）来表示。所谓炉温均匀性，是指炉子在热稳定状态下温度自动记录仪表指示的温度（经误差修正）与工作区内各检测点的温度之间最大温度差。热处理炉根据炉温均匀性分为六类，其技术要求如表1所示。17类别有效加热区炉温均匀性（）控温精度（）仪表精度等级记录纸读数（mm-1）不大于35101520251.01.55.08.010.010.00.20.50.50.50.50.5245688表1热处理炉依炉温均匀性分类及技术要求18 具有下列条件之一者，均应检测炉温均匀性；1）新添置的热处理炉正式投产前，或者闲置半年以上重新启用；2）经大修或技术改造后；3）热处理炉生产对象或工艺变更，需要改变有效加热区尺寸或使用温度范围；4）保护气氛类别和使用量发生重大变化；5）控温或测温热电偶位置改变；6）发生质量事故，分析认为可能与炉温不均匀有关；7）定期检测。推荐的定期检测周期及温度仪表检测周期如表2所示。 19表2推荐炉温均匀性和温度仪表检测周期20 炉温均匀性一般在空载条件下测定，如有必要也可在半载或满载情况测定。测定方法多采用体积法，也可采用截面法、单点法，炉温均匀性测试可参照GB9452-88热处理炉有效加热区测定方法和JB/T6049-92热处理有效加热区的测定进行。炉温均匀性实行挂牌管理，明确标明炉子的有效工作区尺寸和部位、炉子类别、本次和下次检定日期等。在热处理生产过程中，还要按热处理工艺要求把处理的工件放置到有效工作区内加热，这样才真正达到炉温均匀性检测和管理的目的。21（3）热处理炉气氛控制1）真空炉真空热处理炉一个很重要指标是压升率。为了防止真空热处理过程中零件与周围空气接触，必须预防周围空气进入真空热处理炉，这就对真空热处理炉漏气提出要求，一般以压升率指标来控制，新真空热处理炉压升率应小于0.67Pa/h（引进真空炉应小于0.268Pa/h），使用中的真空热处理炉压升率不应高于1.33Pa/h。压升率按GB10066.1-88规定，在空炉冷态条件下测定，新炉子在使用前、设备大修后、更换密封元件后、长期不用重新使用前均应及时测试压升率，在正常工作条件下也应定期（每月）检测。222）气氛炉可控气氛炉的炉内气氛应能控制和调节，以满足热处理工艺要求。导入炉内的气氛不能直接冲刷零件，也不能含有对零件有害的成分，炉内气氛不应使被加热的零件表面产生超过技术文件规定深度的脱碳、增碳、增氮及腐蚀等现象。 保护气氛炉对钢件热处理后，表面脱碳层深度应达到0.075mm23 气体渗碳（含碳氮共渗）炉、气体渗氮（含氮碳共渗）炉除满足有效加热区炉温均匀性要求外，还应满足渗层深度均匀性和表面硬度均匀性要求，试样放置位置参照炉温均匀性检测中热电偶布点位置。渗碳炉和渗氮炉渗层有效硬化层深度偏差应符合表3和表4要求。24表3渗碳炉有效硬化层深度偏差值（mm）25表4渗氮炉有效硬化层深度偏差值（mm）26（4）其他要求对于热处理加热包铝铝合金零件的设备，要求具有足够的加热能力，以保证固溶处理加热时尽快回复到温，防止包铝层与基体之间发生不应有的扩散现象。感应热处理加热电源输出功率及频率必须满足热处理要求，输出功率控制在5%，或输出电压在2.5%范围内。感应热处理机床和限时装置应满足工艺要求。27（5）淬火槽控制淬火槽按淬火介质可分为淬火油槽、淬火水槽等。各种淬火槽都有一定使用温度限制（见表5）。为此淬火槽应配置冷却与加热装置，并配备一定精度的温度指示仪表，淬火槽温度指标仪表精度一般为5，铝合金和铍青铜零件淬火水槽为1。表5各种淬火槽的使用温度28四、四、工艺材料及槽液控制工艺材料及槽液控制 对热处理工艺材料的要求是在保证热处理过程正确实施前提下不应对工件产生有害影响。热处理工艺材料及槽液控制的主要内容，包括建立标准或技术条件、出厂入厂化验及槽液定期分析。全国热处理标委会已组织制定了热处理用盐、热处理用气体、淬火介质、渗剂、涂料等五大类10项标准。各种热处理工艺材料应符合相关的标准，出厂入厂应进行分析和化验，常见工艺材料技术要求和推荐复验项目见表6。 常用热处理槽液的技术要求和分析化验周期见表7。29表6常用工艺材料技术要求及推荐的复验项目3031表7槽液技术要求和分析周期32根据工件的材料、技术要求和工艺合理地选择加热设备的类型和级别。 对于钢制零件，热处理加热温度公差一般为10（个别8.3）。须选用类以上的炉子。重要零件热处理的脱碳层0.0075mm，不能有全脱碳层，也不允许有增碳、增氮及晶间腐蚀等缺陷。真空热处理或保护热处理时，还须注意不能产生表面元素贫化和增氢。淬火转移时间25s，超高强度钢零件淬火与回火之间的时间间隔1h。七、七、工艺控制工艺控制 33对于铝合金零件，热处理加热温度公差一般为5，应选用类以上的炉子，个别零件要求3，必须选用类炉子。淬火转移时间一般要求15s，薄壁零件要求5s、7s、10s。淬火介质除用普通水之外，为了减少淬火变形，有些零件必须使用有机淬火介质水溶液。热处理后还须进行一系列特殊检查，包括电导率检查、过热过烧检查、包铝层扩散检查和晶间腐蚀检查等。对于钛合金零件，热处理加热温度公差要求10。淬火转移时间为：厚度5mm，6s；厚度525mm，8s；厚度25mm,12s。热处理不能有增氢和有一定限制的氧化层。 此外，还应根据工件的材料种类、热处理要求，合理选择加热介质。焊接件、铸件、镀铜件、铜合金件以及粉末冶金件，一般不允许在盐浴炉中加热。34八、技术文件资料控制八、技术文件资料控制 热处理生产都必须严格按行业标准、企业标准及工艺规程进行，并做好执行情况和质量情况的原始记录，尽量采用自动记录的数据。技术文件和原始记录都必须妥盖保存一定期限。这些资料是质量管理必不可少的根据，是提高和改进质量的信息来源，一旦发生质量事故，可以据此进行质量跟踪，如某型号航空发动机的Cr17Ni2钢制压气机叶片，曾发生因堆冷导致冷却不足，引起晶间腐蚀提前断裂。故障分析清楚之后，根据原始记录划分了批次范围，把采用堆冷的叶片全部换下来，避免了再次事故。此外，记录和保存原始数据，还有利于提高各类人员的责任心。 技术文件和资料包括说明书、操作规程、工艺规程、流程卡、生产记录卡、温度仪表记录纸、质量检验记录、合格证，以及设备、仪表、工艺材料和人员资格等原始情况等。35九、结束语九、结束语 全面质量控制虽然增加了一些工作，但由于可以随时掌握质量动态，把质量事故消灭在萌芽状态，减少和避免了质量问题，从而大大减少了生产和检验的人力、物力及时间浪费，创造更高的热处理质量和效益，所以全面质量控制是一件事半功倍的举措。在热处理全行业推广实施必将大大提高我国热处理水平和效益。36