淺析工程機械供應商熱處理系統(tǒng)評估要點

山推工程機械股份有限公司（山東濟寧 272073）康秀樂 張 坤 王 斌

工程機械產(chǎn)品對材料的性能要求較高，其關(guān)鍵零件幾乎都需要通過熱處理工藝賦予或改善其強度、耐磨性、塑性等使用性能，以滿足其特殊工況和結(jié)構(gòu)。以山推SD16標準型推土機為例，80%以上的零件為采購或協(xié)作加工，為保持供應商特別是有熱處理工序的供應商的質(zhì)量穩(wěn)定和持續(xù)供貨能力，使用供應商熱處理系統(tǒng)評估具有重要意義。

熱處理系統(tǒng)評估的目的是確認被評估企業(yè)擁有能夠穩(wěn)定生產(chǎn)和滿足顧客需求產(chǎn)品的能力，并對自身存在的問題進行不斷的改善，其側(cè)重于對不良產(chǎn)品的預防，減少在供應鏈中的異動和浪費。然而工程機械行業(yè)現(xiàn)在尚無類似汽車行業(yè)對熱處理工序評估的標準，本文主要結(jié)合對供應商管理和能力評估中遇到的實際問題，從“5M1E”進行展開論述。

一、“5M1E”的基本概念

人員（Manpower）、設備（Machines）、工藝（Methods）、測量（Measurements）、原材料（Materials）、環(huán)境（Environment）是造成產(chǎn)品質(zhì)量波動的6個主要原因。這6個因素的英文名稱的第一個字母是M和E，所以常簡稱為5M1E，也正因此，工程機械供應鏈中的熱處理系統(tǒng)評估要點也圍繞著這6個方面進行展開。

二、熱處理評估要點的具體實施

1.從事熱處理人員的評估要點

熱處理工序相關(guān)人員的評估主要是對熱處理技術(shù)人員和操作人員的評估，其評估要點見表1。

表1 熱處理技術(shù)人員和操作人員評估要點

一般來說，對熱處理后的部件還要進行探傷，以防止在熱處理過程中出現(xiàn)肉眼不可見的裂紋，以造成部件的早期失效。若供應商具有探傷設備，則還應當對其探傷工序人員進行評估，主評估內(nèi)容為是否具有專職探傷人員以及探傷人員的業(yè)務能力。

實施過程中，評估者可根據(jù)供應商的規(guī)模、供應部件的重要性及要求，對以上各評估要點進行細化評分。

2.熱處理設備評估要點

熱處理的原理是通過控制加熱和冷卻速度從而改變材料的微觀組織，以獲取需要的力學性能。既然涉及到加熱和冷卻就必然需要加熱裝置和冷卻裝置，國內(nèi)工業(yè)熱處理加熱爐按照裝爐方式主要分為網(wǎng)帶爐、臺車爐、箱式爐、多用爐、井式爐及連續(xù)推桿爐。

熱處理加熱過程中需要重點控制的兩個點是加熱溫度和溫度均勻性。若這兩點控制不好則極易造成部件硬度、組織以及整體均勻性不能達到技術(shù)要求。以推土機履帶用銷套為例，銷套在井式滲碳爐中930℃滲碳，若井式爐爐溫均勻性超差，則會造成爐底部工件到溫而上部工件未到溫，其結(jié)果是工藝規(guī)定時間內(nèi)爐底部工件滲層滿足技術(shù)要求，而上部滲層未達到技術(shù)要求。

加熱過程中兩個控制點采取的控制措施為，由具有檢定資質(zhì)的部門定期對爐內(nèi)溫度探頭進行定期校驗，對爐溫的均勻性進行定期校驗。根據(jù)國標GB/T9452—2003《熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法》的規(guī)定，結(jié)合工程機械零件熱處理的實際要求制定了更加符合工程機械熱處理加熱爐精度的分類，見表2。

對于臺車式加熱爐等需要紙質(zhì)表紙記錄溫度的設備，還需要在表紙上記錄加熱工件的數(shù)量、加熱溫度、加熱開始時間、零件圖號、操作者等信息，以便對產(chǎn)品進行追溯管理。

表2 加熱爐精度分級判定標準

冷卻設備主要評估流量計是否正常工作，噴水套是否暢通無堵塞，淬火水/油槽中水泵工作是否正常工作。

3.熱處理工藝評估要點

熱處理的工藝合理是產(chǎn)品獲得滿足技術(shù)要求的必要條件。實際工業(yè)生產(chǎn)中，部分供應商廠家為節(jié)省成本往往存在“低淬低回”的現(xiàn)象，即淬火溫度低同時回火溫度也低。用此種方法得到的產(chǎn)品雖然硬度滿足要求，但是其加熱時未完全奧氏體化，淬火后得到的馬氏體比例低于正常水平，零件耐磨性將大大降低。

加熱溫度過高容易使金屬晶粒異常長大，淬火后其硬度也能滿足要求，但是會造成零件力學性能惡化，從而導致零件在使用過程中早期失效。

因此，在評估過程中要結(jié)合鐵-碳相圖和實際材料對其熱處理工藝進行評估。

4.熱處理測量工具評估要點

微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性能，熱處理后零件的力學性能主要取決于熱處理后組織類型和晶粒大小。判定組織類型和晶粒評級的主要工具是金相顯微鏡。在進行測量工具評估時需要對其金相顯微鏡的放大倍數(shù)和清晰度是否能夠滿足實際生產(chǎn)需要進行評估。

熱處理質(zhì)量檢驗的另一常用測量工具是硬度計。金屬材料常用的硬度計的類型主要是布氏硬度計、洛氏硬度計和里氏硬度計。各種硬度計的使用范圍不同，在進行評估時應根據(jù)熱處理零件的實際情況來評判是否使用了合適的硬度計。硬度計的選用一般遵循表3。

表3 硬度計使用范圍

此外，在每次使用硬度計之前還要用標準試塊對硬度計進行校驗。若每天校驗一次，次日校驗發(fā)現(xiàn)硬度計示數(shù)與標準試塊差別較大，那么前一天的產(chǎn)品就無法判定硬度是否合格。

5.熱處理原材料管理評估要點

原材料對熱處理質(zhì)量的影響可以說是決定性的，不同鋼廠生產(chǎn)的鋼材質(zhì)量不同、相同鋼廠不同爐號生產(chǎn)的鋼材質(zhì)量也不盡相同。鋼材質(zhì)量不同主要體現(xiàn)在其淬透性不同，淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。工業(yè)中常用DI值來代表其淬透性，DI值是根據(jù)C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、B以及晶粒度計算得出，因此，鋼的淬透性主要取決于其化學成分。不同爐號的材料施以相同的熱處理工藝，所得到的硬度、硬化層等也不會相同，熱處理后的產(chǎn)品就有可能不符合要求。因此，無論是汽車領(lǐng)域還是工程機械領(lǐng)域，一直都在推廣原材料按照爐號進行管理。

原材料除按照爐號管理外還應遵循先進先出的原則。原材料先進先出，是指按照材料入庫的先后順序發(fā)放和使用，即先入庫的材料先發(fā)放，后入庫的材料后發(fā)放。先進先出可以避免一些原材料在存儲過程中發(fā)生銹蝕影響后續(xù)熱處理，如履帶板型鋼若銹蝕，表面的氧化膜導熱性能較差，使得淬火過程中冷卻速度慢而使材料達不到所需硬度，即“淬不上火”。

除上述兩點外，評估過程中還應評價承擔熱處理工序的供應商原材料采購廠家是否固定，以及原材料生產(chǎn)廠家在同行業(yè)中的水平。

6.熱處理環(huán)境管理評估要點

熱處理環(huán)境變化對熱處理質(zhì)量有一定的影響，有時甚至是決定性的。我國四季氣溫相差較大，溫度對熱處理淬火冷卻介質(zhì)溫度和工件的冷卻速度影響較大。如在冬季熱處理時，需要根據(jù)淬火冷卻介質(zhì)類型適當調(diào)高或調(diào)低淬火冷卻介質(zhì)濃度，并將未完全冷卻的工件存放在避風處，以防冷速過快而產(chǎn)生裂紋；夏季時應控制淬火冷卻介質(zhì)溫度，防止淬火液溫度過高使得出現(xiàn)淬火不良。

感應加熱對加熱功率較為敏感，因此，采用感應加熱還應注意加熱設備在用電高峰期和低谷期所設定的功率。當熱處理場所發(fā)生改變時，由于電壓、電流以及水質(zhì)不盡相同，因此需要在進行工藝評審后才能進行批量生產(chǎn)。

三、結(jié)語

中國的工程機械經(jīng)過十年的發(fā)展，現(xiàn)在已成為全球工程機械產(chǎn)品產(chǎn)銷量最大的國家。但在行業(yè)得到迅速發(fā)展的同時，工程機械供應鏈體系建設，特別是熱處理零部件類供應商水平?jīng)]有跟上行業(yè)的步伐。工程機械復雜的工況和特殊工況需要通過熱處理工序改善其零部件的使用性能，熱處理工序在工程機械供應鏈中占據(jù)非常重要的位置，但是現(xiàn)在尚無類似汽車行業(yè)中汽車工業(yè)小組（AIAG）對熱處理工序評估的標準，熱處理品質(zhì)目前尚無經(jīng)濟性判定手段，只有在主機使用一段時間或使用過程中才能表現(xiàn)出來。因此，急需建立適合工程機械的系統(tǒng)的評估系統(tǒng)。