基于產(chǎn)品質(zhì)量的原材料質(zhì)量控制策略

熊顯渝

(重慶長(zhǎng)安工業(yè)公司，重慶 401120)

原材料對(duì)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)至關(guān)重要，是保證企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。然而，隨著原材料市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，總有一些唯利是圖廠家或不法商販，將偽劣產(chǎn)品推向市場(chǎng)，即使某些正規(guī)廠家，由于自身管理漏洞或其他原因，也可能使一些劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場(chǎng)。這些偽劣產(chǎn)品在生產(chǎn)使用過程中，將造成了重大質(zhì)量事故或安全隱患，成為了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量事故或安全事故罪魁禍?zhǔn)?。另外，采?gòu)回原材料如果控制不當(dāng)，也直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。如何防止偽劣或變質(zhì)原材料流入生產(chǎn)線，是每個(gè)企業(yè)需要研究課題。為避免原材料的缺陷造成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不利影響，結(jié)合實(shí)例，分析原材料缺陷存在的主要類型，并從原材料的采購(gòu)、入廠驗(yàn)收等方面提出原材料選擇的策略，以確保原材料質(zhì)量，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)制造高質(zhì)量成品提供保障。

1 原材料質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障

原材料是產(chǎn)品的實(shí)體和載體，產(chǎn)品質(zhì)量與原材料的質(zhì)量密切相關(guān)。具有優(yōu)良使用性能和加工性能的原材料，是優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的前提和保證，也是衡量最終產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)志。任何不符合要求、甚至低劣的原材料就不可能生產(chǎn)出質(zhì)量好的產(chǎn)品。

原材料質(zhì)量通常分為外在質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量，即宏觀質(zhì)量和微觀質(zhì)量。外在質(zhì)量主要包括規(guī)格、尺寸、形位公差和肉眼可見的表面冶金質(zhì)量等;內(nèi)在質(zhì)量主要包括材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)以及材料成分和組織的純潔性、均勻性等。加工性能分為冷加工性能和熱加工性能。冷加工性能包括車、銑、刨、磨、沖壓和校正等成型工藝性能;熱加工性能包括鑄、鍛、焊、熱處理和表面處理等工藝性能。使用性能則涵蓋了成品零件的理化性能、模擬試驗(yàn)、成品的壽命試驗(yàn)和產(chǎn)品在用戶使用中的實(shí)際服役壽命等［1-5］。原材料質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分，對(duì)成品質(zhì)量起著基礎(chǔ)和保障作用，并且始終貫穿于生產(chǎn)、加工、裝配和使用等整個(gè)過程。

2 原材料缺陷的主要類型

根據(jù)生產(chǎn)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，可以把進(jìn)廠驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)的原材料缺陷歸納如下。

1)進(jìn)廠原材料大部分以鍛、軋狀態(tài)供貨，國(guó)標(biāo)規(guī)定采用低倍酸蝕和斷口兩種宏觀試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)收。根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的鍛、軋件內(nèi)部缺陷以及評(píng)定的等級(jí)，判定原材料內(nèi)在質(zhì)量的好壞。原材料常見的內(nèi)在缺陷主要有疏松、錠型偏析、縮孔殘余、皮下氣泡、斑點(diǎn)狀偏析、內(nèi)部裂紋、白點(diǎn)和異金屬夾雜物等。

2)表面缺陷。這類缺陷主要用肉眼(或借助放大倍率為10×的放大鏡)觀察識(shí)別，也可以采用浸油后吹砂的工藝方法進(jìn)行識(shí)別，特別適用于線、棒材。常見的表面缺陷主要有折疊(能導(dǎo)致鍛造開裂)、表面裂紋、拉拔產(chǎn)生的拉痕和麻點(diǎn)等。

3)由于冶煉、澆注不當(dāng)造成的鑄件缺陷。

圖1 所示為某公司YL113 壓鑄鋁合金連桿由于雜質(zhì)偏聚形成了縮孔缺陷(圖2)，服役過程中連桿斷裂，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。

圖1 YL113 壓鑄鋁合金連桿

圖2 縮孔缺陷

4)鑄鐵、鑄鋼、粉末冶金等毛胚件的材料缺陷

圖3 為合金鑄鐵制成的凸輪軸在試車時(shí)，僅僅3 min 時(shí)間，發(fā)生斷裂。經(jīng)理化試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)鑄件材料組織不良(圖)，材料的強(qiáng)韌性明顯下降，導(dǎo)致在正常的工作應(yīng)力下發(fā)生快速脆性斷裂。

圖3 凸輪軸斷裂

圖4 鑄件材料組織缺陷

圖5 為ZG50 鋼制作的精鑄件在某產(chǎn)品上僅僅打擊了3次，六根放氣孔筋斷了2 根，前緣六個(gè)連接部位全部開裂，試驗(yàn)表明原材料質(zhì)量欠佳，基體中局部殘留粗大的鑄態(tài)組織(圖6)是斷裂的原因之一(規(guī)定打擊壽命10 000 次)。

圖5 ZG50 鋼制作的精鑄件斷裂

圖6 斷裂鑄態(tài)組織

3 原材料的采購(gòu)與選擇原則

為了確保原材料的質(zhì)量，必須采取定點(diǎn)供應(yīng)。在雙方簽訂供貨、技術(shù)協(xié)議的同時(shí)，對(duì)供貨廠家進(jìn)行定期的資質(zhì)評(píng)定;不定期地組織專業(yè)人員對(duì)原材料生產(chǎn)廠家進(jìn)行考察、監(jiān)督、核實(shí)。考察、核實(shí)的內(nèi)容包括該廠的生產(chǎn)制造全過程、管理水平、研發(fā)能力、人員配備和存在問題等方面，對(duì)影響原材料的質(zhì)量問題，必須及時(shí)限期整改。能夠完全滿足以上要求的廠家，方可作為原材料定點(diǎn)供應(yīng)商。

為了避免因材料不合格而造成的退貨損失，避免因供貨不及時(shí)影響正常交驗(yàn)時(shí)間，避免由于趕工導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，應(yīng)當(dāng)與供應(yīng)方經(jīng)常溝通、充分交流，加強(qiáng)與供方的互利關(guān)系，使原材料供應(yīng)商充分了解我們的需求，自覺嚴(yán)格地貫徹執(zhí)行技術(shù)協(xié)議，做到及時(shí)供貨，并確保材料質(zhì)量。

材料設(shè)計(jì)者在原材料選用時(shí)，應(yīng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)和采購(gòu)等有關(guān)單位協(xié)商溝通，達(dá)到高質(zhì)量、低成本的最佳選擇。在選材設(shè)計(jì)上，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

1)選材時(shí)要考慮“少切削、無(wú)切削”的原則。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)際許可的條件下，盡可能采用諸如精鍛、精鑄、模鍛、粉末冶金和高韌超高強(qiáng)度變形鋁合金等成形新工藝，在選擇材料規(guī)格時(shí)，要量體裁衣，節(jié)約材料，縮短加工工序。

2)減碳節(jié)能，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可按先少量試生產(chǎn)、后逐步推廣使用的方式采用非調(diào)質(zhì)鋼;采用表面改性工藝，能大幅度提高原材料的利用率，如零件表面的離子軟氮化、表面氣相沉積等離子焊接、鑄造金屬陶瓷表面復(fù)合材料、鋼表面激光強(qiáng)化、金屬基激光束合成稀土生物陶瓷涂層以及身管自緊等新工藝新技術(shù)。

3)為改進(jìn)和提高成品質(zhì)量，盡可能地采用高性能、高質(zhì)量、低成本的新材料，如少合金、無(wú)合金高韌性的ADI 奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵，非調(diào)質(zhì)鋼，鎂合金，鈦合金、低合金高速鋼和高聚物等。但必須說明，在投入新材料和代用料(即牌號(hào)、規(guī)格和型號(hào)等)之前，必須經(jīng)過全面的、嚴(yán)格的技術(shù)鑒定，并經(jīng)有關(guān)方面會(huì)審?fù)ㄟ^和確認(rèn)。

4)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，合理、恰當(dāng)選擇原材料質(zhì)量等級(jí)，優(yōu)先考慮使用國(guó)產(chǎn)材料。節(jié)約使用我國(guó)稀缺元素(如Ni、Cr、W、Mo、Nb 等)，推廣使用富有元素(如Mn、Si、B、稀土元素等)，節(jié)約成本，提高效率，提高產(chǎn)品的使用性能。

4 原材料的入廠驗(yàn)收原則

原材料采購(gòu)進(jìn)廠后，必須進(jìn)行入廠驗(yàn)收。待所有驗(yàn)收項(xiàng)目合格后，方可投入生產(chǎn)流程。目前工廠對(duì)原材料的入廠驗(yàn)收內(nèi)容分以下兩方面:一是宏觀檢驗(yàn)，外觀質(zhì)量包括材料牌號(hào)、型號(hào)、規(guī)格、重(質(zhì))量、長(zhǎng)度，平行度、彎曲度、園度、粗糙度等幾何形位公差尺寸，以及原材料的色澤、密度和表面缺陷等物理檢測(cè)項(xiàng)目。二是內(nèi)在質(zhì)量檢測(cè)，包括化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織(等級(jí))等各項(xiàng)理化指標(biāo)。

對(duì)質(zhì)量保證書除了要核實(shí)生產(chǎn)廠名、生產(chǎn)日期和爐批號(hào)外，還要仔細(xì)核實(shí)各項(xiàng)理化指標(biāo)是否符合技術(shù)資料要求。對(duì)委外協(xié)作零配件，也有對(duì)原材料質(zhì)量檢驗(yàn)的必要，如及時(shí)查驗(yàn)配套廠家原材料入廠檢驗(yàn)有關(guān)技術(shù)、質(zhì)量文件;以及根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的模擬試驗(yàn)，或者臺(tái)架試驗(yàn)等。

5 原材料使用過程中常見的質(zhì)量問題

原材料入廠驗(yàn)收是把好原材料質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，但必須指出，原材料入廠驗(yàn)收也僅僅是產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)鏈上的第一環(huán)。由于抽樣方式具有隨機(jī)性、抽檢數(shù)量也很有限，試驗(yàn)方法有待不斷完善，加上試驗(yàn)過程中檢驗(yàn)人員的能力、水平等因素所限，所以即使入廠驗(yàn)收合格的原材料，也難免出現(xiàn)漏檢等現(xiàn)象。其次，即使入廠驗(yàn)收合格的原材料，在各道加工工序，乃至使用、服役過程中仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)原材料的質(zhì)量問題，因此在某種意義上說，加工和使用也是另一道對(duì)原材料質(zhì)量檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)。下面舉例加以說明:

1)常用深沖鋼，以磨光外圓交貨的熱軋態(tài)鋼棒或冷拉鋼棒，入廠驗(yàn)收?qǐng)?bào)告顯示材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、塑性指標(biāo)、晶粒度和非金屬夾雜物級(jí)別等均合格，但有時(shí)在冷頂鍛試驗(yàn)時(shí)卻發(fā)生開裂或在擠壓加工過程中產(chǎn)品毛坯出現(xiàn)裂紋。針對(duì)類似的質(zhì)量問題經(jīng)綜合分析，發(fā)現(xiàn)冷頂鍛試驗(yàn)和擠壓、深沖加工產(chǎn)生的裂紋大多是由于原材料表面存在宏觀缺陷造成的，找到原材料的質(zhì)量隱患后，建議采取過各種方式來提高鋼棒的表面質(zhì)量，消除這些表面缺陷后，再進(jìn)行成形工藝，合格率得到大幅度提高。類似生產(chǎn)線上的冷變形工藝質(zhì)量問題也就迎刃而解了。

2)某產(chǎn)品用50 鋼棒，經(jīng)機(jī)加后進(jìn)入裝配，由于受力，產(chǎn)品表面出現(xiàn)縱向裂紋，從裂紋形態(tài)分析，筆者認(rèn)為是材料自身的由于鋼坯中皮下氣泡中材料冷拉時(shí)，氣體流動(dòng)造成的微裂紋。經(jīng)分批返廠探傷，剔除有裂紋的材料，保證了工廠生產(chǎn)的需要和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

3)某產(chǎn)品是一個(gè)薄壁內(nèi)空件，用高強(qiáng)度LY12 鋁合金棒材制作。投產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)車削外表面和內(nèi)孔后，產(chǎn)品毛坯沿軸線出現(xiàn)裂紋和裂縫，將此材料取低倍試樣，經(jīng)堿蝕試驗(yàn)后觀察，試樣橫截面上有兩條由外表面延伸至軸心的裂紋。分析后才知道，裂紋是原材料自身帶來的。當(dāng)材料受力(即車外圓和內(nèi)孔)變形后，微裂紋在毛坯薄壁處擴(kuò)展為肉眼可見的裂紋。于是加強(qiáng)了檢驗(yàn)措施，剔除了(50 件)裂紋件。

4)某汽油機(jī)飛輪齒圈在服役過程中，發(fā)生斷齒失效，金相分析顯示斷裂原因是由于原材料中非金屬夾雜物超標(biāo)所致。

6 結(jié)束語(yǔ)

原材料質(zhì)量控制包含從材料供貨選點(diǎn)、入廠驗(yàn)收、制造過程、直至用戶使用等各個(gè)方面，原材料質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，原材料質(zhì)量控制是工廠生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，原材料質(zhì)量控制得好將會(huì)取得事半功倍的效果，能為工廠增收節(jié)支，節(jié)能降耗，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，因此必須從思想上充分認(rèn)識(shí)，在技術(shù)上、管理上、生產(chǎn)上加強(qiáng)控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量，才能使工廠在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中立于不敗之地。

［1］肖紀(jì)美.材料的實(shí)效分析·性能預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.兵器材料科學(xué)與工程，1989(1):1-11.

［2］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)《熱處理手冊(cè)》編委會(huì).熱處理手冊(cè)［M］.3 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］GB/T1979—2001，結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖［S］.

［4］朱衍勇.齒輪軸斷裂失效分析［J］.物理測(cè)試，2011(1):59-62.

［5］GB/T19001—2008，質(zhì)量管理體系要求［S］.