热处理工艺材料的管理

2022-06-27崔超群胡冠杰郭斌杰

热处理技术与装备 2022年1期

崔超群，胡冠杰，郭斌杰

(空军装备部驻郑州地区军事代表室，河南郑州 450005)

标准GB/T 8121—2012《热处理工艺材料》中2.1给出了热处理工艺材料的定义，即：为了保证对金属材料或工件进行加热、保温、冷却及化学热处理等工艺过程的实施，使其获得预期的化学成分、组织结构与性能以及表面状态所需要的各类物质。热处理工艺材料包括盐、碱、保护气氛等加热介质，水、油、气体等淬火介质，化学热处理所用渗剂，用于防渗碳、渗氮的涂料等。热处理工艺材料是热处理技术的重要组成部分，缺乏优质工艺材料，需要进行热处理的制品不能保证优异质量[1]。在实际生产中，常因对热处理工艺材料的管理不当，造成热处理质量问题的发生。

1 工艺材料管理常见问题

1.1 原材料不合格

很多企业对工艺材料不重视，对供应商缺乏管理，造成供应的热处理工艺材料质量波动性大；而在入厂验收时，只检查合格证或其他质量证明文件，造成某些不合格的工艺材料流入生产现场，造成制件在热处理时出现质量问题。

案例1：某公司气体渗碳采用甲醇、丙酮为渗剂，甲醇分子式为CH3OH，其碳氧比为1，在渗碳温度下只能裂化形成微弱渗碳气体，故在渗剂中主要起到载气的作用。丙酮分子式为CH3COCH3，其碳氧比为3，作为渗碳的富化气。因此，在气体渗碳中主要靠丙酮高温裂解出活性碳原子对制件进行渗碳。气体渗碳时碳势一般控制在0.8%～1.05%，但一次试验中发现炉内碳势至0.6%后就无法上升。对渗碳炉进行了检查，无漏气现象；对显示碳势的仪表和测量碳势的氧探头重新进行了计量，均合格；最后对所用丙酮进行分析，发现本次所购买的化学纯丙酮含量只有68%，远低于标准GB/T 686—2008《化学试剂丙酮》中规定纯丙酮含量≥99.0%的要求。经向厂家询问，得知因丙酮为制作毒品溴代苯丙酮的原料，生产厂家所在政府要求降低丙酮浓度所致。后采用航空煤油代替丙酮，碳势合格。

案例2：某次在用盐浴炉对钢制件淬火后，发现制件表面有小腐蚀坑，经分析盐浴炉中SO42-的含量为0.5%，远高于标准HB 5354—1994《热处理工艺质量控制》中规定SO42-≤0.1%的要求。盐浴炉中含有一定的硫酸盐，硫酸盐在高温下分解生成氧化物，会产生钢的氧化、脱碳，并与钢中的Fe作用，生成对工件有侵蚀的FeS[2]，反应式为：

2Fe+2Na2SO4→2FeS+3O2+2Na2O

经复查，工厂对盐的入厂只进行合格证的复查，使用车间新配盐炉时分析SO42-，日常则以2个月为分析周期。而这次新采购一批盐用于日常补加，新进的盐超标，多次补加积累造成盐浴炉整体SO42-高，最终导致零件腐蚀。

1.2日常使用不规范

即使工艺材料优质，若不能规范使用，工艺材料不能有效发挥功效，同时还会造成质量问题。

案例1：某单位使用的中温盐炉成分为50%NaCl+50%KCl，其熔化温度为670 ℃，使用温度范围为700～950 ℃。在进行T8A淬火时，其淬火温度为780℃，发现中温盐炉内的盐没有完全溶化。盐炉中的NaCl和KCl均为离子晶体，其晶格结点上的阴、阳离子间静电引力大，即离子键能大，故二者熔点较高。NaCl熔点为801 ℃，KCl熔点为773 ℃，二者混合后，各自的离子键相互作用，使阴、阳离子的静电引力降低，熔点下降。当二者各50%混合时，熔点达到最低值670 ℃。造成上述780 ℃盐浴炉没有完全溶化的主要原因为：在日常对盐炉补加盐时，操作者只进行了NaCl的补加，而没有补加KCl，长期如此后造成盐浴炉KCl含量低，盐炉溶化温度高。

案例2：在使用碱槽回火后，发现制件硬度超出技术要求，按以往经验提高温度再次回火，却发现硬度不降反升。对制件进行金相组织检查，发现制件表面有0.3 mm左右的氮化层，这是因为在碱槽脱氧时脱氧剂黄血盐加入过多。黄血盐分子式为K4Fe(CN)6，用于碱槽脱氧时，黄血盐分解可与氧气结合形成KCN，以达到对碱槽脱氧的目的。但同时也会生成一部分活性氮原子。具体反应如下：

K4Fe(CN)6→4KCN+Fe+2[C]+2[N]

KCN+O2→2KCNO

2KCNO→K2CO3+CO+2[N]

通常黄血盐加入碱浴总量的0.2%～0.3%，在碱槽保温30 min后进行工件回火。操作者主观认为脱氧剂加得越多越好，加入后直接将工件放入碱槽回火。而碱浴中大量残留的黄血盐受热分解产生大量活性氮原子，使工件表面形成氮化层，氮化层的高硬度使工件硬度上升。标准HB 5354—1994中6.3条规定：“无加工余量的钢制件表面，热处理(化学热处理除外)后不得增碳和增氮。”该批制件整批报废。

案例3：对30CrMnSiA钢采取油冷淬火后，出现淬火裂纹。30CrMnSiA为合金结构钢，合金元素的存在使其“C曲线”右移，普通的油冷即可保证制件加热所得奥氏体组织完全转变为马氏体组织。同时，30CrMnSiA钢并不属于高碳合金钢，油冷淬火的开裂性很小。对淬火油进行分析后发现，油槽内淬火油含水量高达0.12%，油内水分导致30CrMnSiA钢在马氏体转变区的冷速加快，在热应力和组织应力的共同作用下，形成较大的瞬时应力[3]，造成制件开裂。经落实，操作者在日常工作中，制件油冷后用热水清洗制件表面残油，清洗后料筐转移过程中经过油槽，料筐中的水滴落到油槽中，长期操作下造成淬火油水分含量升高。水进入淬火油后，导致淬火油中的添加剂乳化、沉降或水解而失去功效，淬火油使用寿命变短[4]，工件存在淬火开裂的风险。

1.3 对工艺材料标准理解错误

这类问题主要体现在淬火油方面。淬火油最初主要是国产品牌，而随着国外品牌淬火油的普及，较多厂家不再使用国产品牌。实际工作中，常因使用方和供方因对标准理解不到位、所用标准不明确而导致在日常复检、分析中存在对标不准的现象。

案例1：标准HB 5415—1998《热处理淬火用油》中将淬火油分成普通淬火油、快速淬火油、光亮淬火油、超速淬火油和真空淬火油共5类，并标明每种淬火油类别所对应的国产型号及技术条件。标准GJB 509B—2008《热处理工艺质量控制》中对淬火油的类型和技术指标重新进行规定，不再标出所对应的淬火油牌号。以真空淬火油为例，标准HB 5415—1998和GJB 509B—2008中的对比见表1。

表1 相关标准中真空淬火油指标

运动粘度是淬火油入厂复检和周期检验的必选内容。某单位对新采购国外品牌的真空淬火油，按ZZ1和ZZ2的指标来检测运动粘度，结果均不符合要求。经核查后，按标准GJB 509B—2008的技术条件进行复检合格。

案例2：标准GJB 509B—2008中规定快速淬火油在40 ℃下运动粘度为21～29 mm2/s，超速淬火油在40 ℃下运动粘度为13～21 mm2/s。某国外品牌淬火油，其油桶和合格证上均标为“快速淬火油”，入厂复检其运动粘度却为16 mm2/s。向生产厂家询问得知，对该淬火油所设计的运动粘度为13～21 mm2/s，认为其名称应叫“快速淬火油”，而该淬火油的指标在标准GJB 509B—2008中则称为“超速淬火油”。

2 控制措施

2.1 工艺文件识别

热处理车间工艺人员应根据零件热处理的特点、设备情况，识别所需要的工艺材料的种类和技术指标，将工艺材料汇总成表格，便于工厂供应部门依次进行采购合同的签订，避免指标的不一致性。同时，热处理车间可根据该工艺材料汇总表便于日常管理。在进行识别时应遵循以下原则：

1)标准化。在选取工艺材料时，应根据国标、航标进行选取。应动态了解国内工艺材料的发展，并及时掌握标准的更新，使热处理工艺材料的选用与时俱进。

2)通用性。在满足制件热处理要求的情况下，尽可能减少同类工艺材料的种类，可避免工作时使用错误，也方便管理。如真空淬火油，根据自身零件特点选取快速真空淬火油还是真空淬火油，若两种淬火油都存放在生产现场，会存在日常补加淬火油出错的风险。同样是真空淬火油，因其性能指标不同，其油内的添加剂亦不相同，混合使用时两种油之间的添加剂会发生反应，在淬火高温下，该反应会加速，最终导致淬火油酸值偏高，造成对制件的腐蚀。

3)方便采购。工艺材料的选用还应考虑是否便于从市场上购买，应选取市场上能够方便购买的工艺材料，尽量避免选取管制类的化学药品。如气体渗碳的渗剂，常用的有航空煤油+甲醇、丙酮+甲醇、乙酸乙酯+甲醇等气体渗碳滴注剂，因丙酮属于管制类试剂，工艺规程尽可能采取其他滴注剂进行气体渗碳。选取便于采购的工艺材料，即可保证工艺材料的持续供应性，又可便于供应商的选择。

2.2 进行供应商管控

对热处理工艺材料应采取定点供应的方式，通过考察确定供应商，对供应商资质、加工能力、质量保证能力等进行考察合格后，将供应商纳入公司供应商管理程序中进行管理。通过对工艺材料入厂复检的情况，每年度对供应商进行评价。对于评价低的供应商可进行现场审查整改的方式，监督供应商提升供应质量，必要时可更换供应商。对于新增供应商，也应严格遵循考察合格后再纳入的流程。

2.3 加强热处理车间管理

对热处理操作人员培训工艺材料的正确使用方法，告知各类工艺材料在热处理过程中的重要性，并结合案例讲述工艺材料使用不正确造成的后果，达到提高全体职工质量意识的目的。

工艺材料如在现场随意摆放、随意使用，会存在误用的风险。应对各类工艺材料做好定置管理，规范工艺材料的放置位置，并对每种工艺材料做出相应的标识。对现场的工艺材料进行建账管理，保证帐、物、卡相符。如对盐炉要混合补加NaCl和KCl，可先将两种盐混合均匀并放入一固定容器中，每次补加都是混合盐，可避免长期补加单一种类的盐而造成盐炉熔点上升。对于油、水等冷却类的工艺材料，都放置在生产现场的槽内，使用完成后应及时盖上，避免因受到污染而失效。

规范操作步骤后，还应加强日常监督以达到强化过程控制的效果[5]。热处理车间定期组织工艺人员、检验人员对热处理现场进行工艺纪律检查，将热处理工艺材料的管理、使用作为检查内容之一，检查工艺材料的帐物相符性、标识的一致性，检查工艺材料是否按规定的周期进行复验等。通过工艺纪律检查，规范各类人员的形成，形成按章操作的氛围[6]。