热处理质量控制及应用

中国工程物理研究院电子工程研究所（四川绵阳 621900）刘 杰

热处理质量的质量控制是多方面组合成的系统，包括热处理的计划、采购、设计、原材料、冷加工等方面的质量控制。

1.原材料质量控制

优质的材料是热处理质量控制的最初保证，如果钢材本身存在各种缺陷和问题，就可能在热处理时被扩大或引发热处理缺陷和问题，从而影响热处理质量，应做好以下几方面：

（1）加强原材料检验，控制好材料成分波动的影响。如钢的纯度，杂物质的影响，钢中偏析的影响，裂纹、气泡、缩孔等。做到各种工艺材料应有相应的国际、国内相关标准或专业技术要求。

（2）工艺材料不应对热处理零件产生有害影响，对环境的污染最小。

（3）重要的工艺材料指定厂家提供，并有相关的质量要求。

（4）工艺材料投产前应进行复验。

2.热处理零件设计过程质量控制

它是全面质量控制的先锋，直接影响产品的质量特性、制造难易和产品的使用寿命。

对热处理零件来讲，在设计过程中考虑的是，必须保证零件满足服役条件所要求的使用性能，并在热处理过程中不出废品。热处理零件结构形状设计的基本原则是：

（1）避免应力集中、厚薄突变、锐角换成圆弧。

（2）零件质量尽可能均衡，使零件在加热和冷却时每个表面以同样速率吸放相同热量，从而不会由于应力不均匀引起变形过大和开裂等质量问题，并优先考虑下述原则：球形优于立方体，立方体优于长方体，环形优于锥形，带孔的模腔不应使零件产生薄弱环节，正确选择用钢的原则。

3.机械加工质量的控制

机械加工零件表面质量对该零件热处理和性能有影响，表面不良会降低零件的性能，并有可能成为热处理失败的原因，这一点常被人们所忽略。

机械零件的疲劳损坏大多从表面开始，因此，机械加工后的表面状态对钢的疲劳强度影响很大。表面越粗糙，疲劳强度降低越明显。粗糙的表面相当存在缺口、划痕等缺陷，会导致在交变应力下形成疲劳裂纹。加工零件的进给量大，影响加工应力存在的大小，进而影响零件热处理变形量。有时在零件表面打小鉴别等类的标记，打得太深或打得部位不恰当或划线太深，将产生应力集中，淬火时合成应力超过材料强度就会引起开裂。

4.热处理中的质量控制

热处理工艺是由热处理炉实现的。零件的加热质量主要取决于热处理炉的质量和加热工艺。

（1）严格控制炉温的均匀度 在炉子中炉膛内部各处的温度是有差别的，这就要求感温元件在炉中的位置应固定，不要随意变动。新炉子、大修后或加热部件更换后，应进行炉温均匀度检验。一般使用的炉子要按规定周期进行检定，并对炉子的控温系统定期检定。温度控制仪表的精确度为±0.3%。控制热电偶，按周期校准，其准确度应符合有关精密的要求。

（2）合理选择热处理炉气控制 对于不同要求、不同材料应选择相应的炉子，这对零件的质量有很大的影响。如磁性材料的退火就必须在钼钨加热真空炉中进行，同时也对磁性具有保证性。

（3）合理选择加热参数 合理选择加热温度和加热时间，并合理选择加热速度，是保证热处理质量必不可少的条件。

（4）冷却质量的控制。严格控制淬火冷却质量是提高零件热处理质量的关键问题。其依据是零件冷却后是否获得了能最大限度满足使用要求的组织结构状态。另一种方法是零件在冷却过程中不产生氧化表面腐蚀和组元成分变化。①选用原则之一，必须满足工艺要求的冷却能力，不易老化，能长期使用，操作安全、绿色环保产品。②热处理变形控制和开裂预防。③零件热处理变形时的形变，是热处理过程中主要质量问题之一，如何减少热处理变形至今仍是热处理工作者的一项重要研究课题。热处理形变是不可避免的现象，造成形变的原因主要是热处理过程中产生的热应力、组织应力以及附加应力（如残留应力）并释放，自重作用，碰撞就可能产生形状变形，同样回火时也会产生热应力和残留应力释放，从而导致变形。影响变形的因素是错综复杂的，这就给控制和减少热处理零件的变形带来很大难度。解决变形问题必须因零件而异，搞清变形规律，是控制变形的首要工作，具体分析零件特点、对称性、尺寸大小及化学成分，分析零件本身具有的这些因素对热处理后变形有何影响，全面了解零件加工过程，有助于了解变形产生的原因。

5.热处理质量检验工作

零件在生产过程中，大体上要依据通过热处理前、热处理中和热处理后三类检验。检验的方式通常由专职的检验人员负责，并辅以现场操作人员自检和互检，通过外观检查、硬度检查、尺寸检查、组织分析和无损检测等。具体检验项目依零件要求而定，一般都在操作卡式工艺单之类的技术文件中有规定。另外，应对整个热处理控制活动进行监督和检验。从质量控制的发展到质量缺陷的预防，对产品质量的全面提高，实行一系列技术方面的改进，为获得高的热处理质量，就必须全面推行热处理质量过程的控制。