尹中秋，胡劍鋒，毛 喆，黃天勇

(1.中國(guó)人民解放軍駐一二四廠軍事代表室，河南 鄭州 450005； 2.航空工業(yè)鄭飛公司熱表廠，河南 鄭州 450005)

多余物指產(chǎn)品中存在的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)不符的物質(zhì)。多余物存在多種性質(zhì)，從可見(jiàn)層面上分，可分為目視可見(jiàn)的宏觀多余物和需要借助相關(guān)儀器才能觀察到的微觀多余物。由于多余物的問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品功能失效的案例屢見(jiàn)不鮮。理論上，生產(chǎn)過(guò)程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生或引入多余物[1]，熱處理作為制件加工必不可少的環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過(guò)程多余物的預(yù)防和控制也尤為重要。

1 熱處理過(guò)程多余物類型

熱處理的多余物根據(jù)所選用的設(shè)備不同、工藝方法不同，所產(chǎn)生的多余物類型也不同，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，列出了不同工藝方法進(jìn)行熱處理可能產(chǎn)生的多余物類型。

1.1 鹽爐淬火

對(duì)于使用BaCl2的高溫鹽爐現(xiàn)已被國(guó)家禁止使用，一般工廠所用的中溫鹽浴爐為NaCl和KCl的混合物，使用溫度為750～950 ℃。在使用鹽爐加熱時(shí)，多余物主要有以下幾種:

(1)表面氧化物及FeS。工業(yè)NaCl中常含有一定的硫酸鹽，硫酸鹽在高溫下分解生成氧化物，助長(zhǎng)鋼的氧化、脫碳，并與鋼中的Fe作用，生成對(duì)工件有侵蝕的FeS。具體反應(yīng)方程式如下：

Na2SO4→Na2O+SO3

2SO3→2SO2+O2

2Fe+2Na2SO4→2FeS+3O2+2Na2O

一般常用木炭對(duì)鹽爐進(jìn)行脫氧，木炭一方面可去除鹽爐中的氧，另一方面還可去除鹽爐中的硫酸根，反應(yīng)方程式為

Na2SO4+4C→4CO+Na2S

(2)殘鹽。制件在鹽浴爐中加熱，在后期淬火冷卻時(shí)，制件內(nèi)殘留的鹽在淬火冷卻介質(zhì)的作用下凝固，牢牢附在制件表面。但殘留的鹽在潮濕環(huán)境下會(huì)腐蝕制件。主要是因?yàn)槁入x子半徑小，具有很強(qiáng)的穿透性，能穿透金屬表面的氧化層和防護(hù)層與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，氯離子含有一定的水和能，易被吸附在金屬表面，并將金屬表面的氧排掉，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態(tài)表面變成活潑表面，造成制件腐蝕。

1.2 堿槽回火

堿槽一般采用NaOH和KOH的混合物，可實(shí)現(xiàn)制件無(wú)氧化回火。在制件操作過(guò)程中，即使存在殘堿之類的多余物，對(duì)制件并無(wú)腐蝕作用，還能起到一定防銹作用。堿槽回火可能產(chǎn)生的多余物為工件表面滲入氮，這主要是堿槽使用的脫氧劑加入過(guò)多所致。堿槽一般采用脫氧劑的為黃血鹽，分子式為K4Fe(CN)6，脫氧原理為：

K4Fe(CN)6→4KCN+Fe+2[C]+2[N]

KCN+O2→2KCNO

2KCNO→K2CO3+CO+2[N]

黃血鹽在脫氧的同時(shí)，亦會(huì)產(chǎn)生一些活性氮原子，一般黃血鹽加入堿浴的總量為0.2%～0.3%，雖可產(chǎn)生少量氮原子，對(duì)零件影響不大。有時(shí)工人操作不規(guī)范，將脫氧劑使用嚴(yán)重超標(biāo)，使堿浴中存在大量黃血鹽殘留，受熱分解出大量活性氮原子，造成制件表面形成氮化層[2]。

1.3 真空熱處理

真空熱處理可實(shí)現(xiàn)金屬無(wú)氧化加熱，其原因不單純是真空排氣的作用，更主要是在淬火溫度下，氣氛中的氧分壓低于金屬氧化物的平衡分解壓，使金屬處于還原狀態(tài)[3]。因此，制件在真空爐加熱時(shí)，不僅使金屬本身不氧化，而且還可以使原來(lái)已經(jīng)氧化的金屬進(jìn)行還原分解。同時(shí)，附在工件上的脂肪族油脂，是碳、氫、氧化合物，蒸氣壓較高，在真空中加熱時(shí)可被揮發(fā)或分解。在真空熱處理過(guò)程中，多余物存在以下形式。

(1)工件滲入碳原子。產(chǎn)生滲碳的主要原因是真空加熱室內(nèi)有較多殘油，在真空加熱下產(chǎn)生油脂的分解產(chǎn)生活性碳原子，而制件表面被還原呈現(xiàn)活性[4]，具備了滲碳的基本條件。油污的產(chǎn)生不僅是零件帶入，更多的是淬火料筐和小車從真空爐加熱室到冷卻室油淬后，在后續(xù)生產(chǎn)時(shí)，料筐和小車上的油帶入加熱室內(nèi)，形成殘油。另外，零件在高真空下進(jìn)行油冷淬火，淬火油受熱分解所形成的活化碳原子在油淬過(guò)程中滲入工件在表面形成增碳層[5]。

(2)鈦合金滲入氫、氧、氮等。在高溫下鈦有很高的化學(xué)活性，容易與爐氣中的氫、氧、氮等元素化合，氫超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致氫脆，鈦合金形成的富氧層塑性差易剝落，鈦合金滲入氮會(huì)使塑性顯著下降。一般無(wú)加工余量的鈦合金都采用真空熱處理，導(dǎo)致滲入多余元素，這類多余物主要是由于爐膛漏氣不能達(dá)到規(guī)定真空度，或真空爐內(nèi)充入保護(hù)氣氛時(shí)，沒(méi)有按規(guī)定使用惰性氣體而使用氮?dú)狻?/p>

1.4 電爐熱處理

有加工余量的金屬制件常采用電爐進(jìn)行淬火，產(chǎn)生氧化皮等多余物也可通過(guò)后續(xù)的機(jī)械加工去除。但對(duì)于無(wú)余量制件為消除應(yīng)力而用電爐進(jìn)行低溫回火時(shí)，若制件表面有油污存在，在加熱時(shí)進(jìn)行不完全燃燒產(chǎn)生炭黑，粘附在制件表面，為后續(xù)的表面處理造成困難。有些鋁合金板材采用電爐淬火，制件若表面存在油污不僅會(huì)導(dǎo)致表面狀態(tài)差，同時(shí)也會(huì)降低制件的熔點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致鋁合金過(guò)燒而報(bào)廢。

1.5 其他

制件進(jìn)行熱處理后常進(jìn)行吹砂工序，砂粒殘留在制件上形成多余物。一般殘留砂粒容易清除，密封零件熱處理前必須增加排氣孔，這類制件在吹砂時(shí)，砂子從排氣孔進(jìn)入零件內(nèi)部空腔，十分難以清除。

熱處理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大多合金制件為消除第二類回火脆性而采用回火后水冷，殘留的水附在制件上未及時(shí)清理，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)形成銹蝕等多余物。

2 多余物的危害

熱處理多余物的危害根據(jù)制件的使用情況，危害程度也不相同。

2.1 制件報(bào)廢

HB 5354—94《熱處理工藝質(zhì)量控制》中6.3條規(guī)定：“無(wú)加工余量的鋼制件表面，熱處理(化學(xué)熱處理除外)后不得存在增碳和增氮……”，堿浴脫氧不規(guī)范導(dǎo)致的多余氮化層和真空熱處理產(chǎn)生的滲碳層都會(huì)導(dǎo)致制件報(bào)廢，熱處理都是成批同爐處理，報(bào)廢往往是成批的，經(jīng)濟(jì)損失較大。

2.2 產(chǎn)品功能失效

直接發(fā)現(xiàn)的多余物導(dǎo)致的損失只存在于制件本身，若有多余物的制件組裝成產(chǎn)品，多余的殘鹽、水分等，使制件腐蝕，砂粒的隨機(jī)滾動(dòng)落入電器內(nèi)或制件配合面，這些都將會(huì)影響產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)品功能失效。

3 控制措施

根據(jù)GJB 9001C—2017《質(zhì)量管理體系要求》的“8.5.1生產(chǎn)和服務(wù)提供的控制”條款，其中(m)關(guān)于預(yù)防、探測(cè)和排除多余物的規(guī)定的要求。因此，做好熱處理多余物的控制，應(yīng)根據(jù)不同熱處理制度可能存在的多余物，工藝方法、人員教育、過(guò)程管控等方面入手，系統(tǒng)地去控制多余物。

3.1 工藝改進(jìn)

盡量采用有利于減少、消除多余物產(chǎn)生的工藝方法，從技術(shù)方面進(jìn)行預(yù)防，具體如下：

1)盲孔零件，具有狹小縫隙、板縫的零件不用鹽爐進(jìn)行熱處理，改為真空熱處理，防止殘鹽進(jìn)入；

2)在鹽爐熱處理時(shí)，明確規(guī)定零件的入爐方式，避免出爐時(shí)殘鹽過(guò)多，同時(shí)，鹽爐冷卻后，加強(qiáng)清洗，雖然常規(guī)的熱水浸泡能去除殘鹽，為保證清除徹底，應(yīng)使用自動(dòng)化程度高的清洗設(shè)備；

3)對(duì)于排氣孔的設(shè)計(jì)，最后將排氣孔設(shè)計(jì)為螺紋孔，熱處理工藝上明確熱處理后擰上螺釘，即防止后續(xù)吹砂進(jìn)入砂粒，還可防止轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中其他多余物進(jìn)入，必要時(shí)，可對(duì)此類制件采用真空淬火、真空回火，保證制件熱處理光亮，不需要后續(xù)進(jìn)行吹砂工序；

4)有內(nèi)腔的零件，熱處理回火水冷后，工藝增加低溫烘水工序；

5)對(duì)真空爐操作、鋁合金板材、低溫回火等工序，工藝規(guī)程明確清洗步驟；

6)在采用真空爐油淬時(shí)，可采用適當(dāng)?shù)南瘸錃夂笕胗突蝾A(yù)冷等方式來(lái)避免增碳現(xiàn)象。

7)對(duì)于易產(chǎn)生多余物的制件，在工藝規(guī)程中明確檢查的部位及要求。

3.2 人員教育

GJB 9001C—2017中7.3條款是對(duì)意識(shí)的要求，規(guī)定：“組織應(yīng)確保在其控制下的工作人員知曉：(c)不符合質(zhì)量管理體系要求的后果；(g)所從事活動(dòng)的重要性以及與其他活動(dòng)的相關(guān)性；(h)產(chǎn)品和服務(wù)不滿足規(guī)定或預(yù)期要求的后果”。 加強(qiáng)職工的質(zhì)量意識(shí)教育，讓職工知曉熱處理多余物的類型及產(chǎn)生環(huán)節(jié)，并讓職工認(rèn)識(shí)到多余物所造成的后果嚴(yán)重性，提高全體職工的質(zhì)量敏感性，共同參與到熱處理質(zhì)量隱患的識(shí)別中，群策群力的進(jìn)行熱處理質(zhì)量改進(jìn)。

3.3 過(guò)程管控

規(guī)范操作步驟，加強(qiáng)日常監(jiān)督，對(duì)多余物的檢測(cè)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、制度化，明確鹽爐、堿槽的脫氧規(guī)范，要求真空爐入爐前對(duì)制件、料筐的清洗等，并結(jié)合工藝紀(jì)律檢查，監(jiān)督各類人員工作的規(guī)范性，使職工的日常工作有布置有落實(shí)。讓職工心中樹(shù)立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的思想，從而塑造操作規(guī)范的良好習(xí)慣。

4 結(jié)語(yǔ)

熱處理多余物的控制是一個(gè)需要全員參與、全過(guò)程管控的系統(tǒng)工程，需要通過(guò)實(shí)踐中不斷總結(jié)完善和改進(jìn)。只有在各類職工在規(guī)范工作的基礎(chǔ)上，在實(shí)踐中不斷總結(jié)提煉，不斷完善改進(jìn)，最大限度的預(yù)防和排除熱處理多余物。