熱處理——我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸

時(shí)間：2009-12-26 14:45:22 來源：熱處理學(xué)會(huì) 作者：

表面改性技術(shù)對高端產(chǎn)品的研發(fā)同樣有重要作用，眾所周知，燃?xì)獾臒嵝孰S著燃?xì)鉁囟鹊纳叨岣撸欢邷睾辖鸬哪蜔釡囟认拗屏巳紵覝囟鹊奶岣摺Ｔ趪猓捎谘芯砍晒υ谀蜔岷辖鸨砻娉练e含蜂窩狀ZrO2復(fù)合涂層，起著隔熱作用，使耐熱合金葉片的溫度比燃?xì)鉁囟鹊?50℃以上，從而研制出燃燒室溫度更高的燃?xì)廨啓C(jī)，促成航空發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代。

即使是一般的機(jī)械制造行業(yè)，熱處理與表面改性的技術(shù)進(jìn)步同樣對產(chǎn)品的創(chuàng)新有重要意義，例如生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件的冷鐓機(jī)的生產(chǎn)率現(xiàn)在已達(dá)600件/min，相比于二十幾年前60件/ min提高了10倍。標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)面貌大為改觀。其實(shí)冷鐓機(jī)并不復(fù)雜，在當(dāng)年設(shè)計(jì)制造600件/ min的冷鐓機(jī)亦非難事，問題在于那個(gè)小小的六角沖頭，它當(dāng)時(shí)壽命低于2萬件，在這種情況下，提高冷鐓機(jī)的速度毫無意義。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)件是一種批量極大的產(chǎn)品，通常要求每個(gè)沖頭壽命都要超過一個(gè)班，否則很難進(jìn)行生產(chǎn)管理。上世紀(jì)80年代初通過熱處理工藝的改進(jìn),使沖頭的壽命提高到5萬件以上，才有100件/ min的冷鐓機(jī)面世.及至90年代用氣相沉積氮化鈦的方法進(jìn)行六角沖頭的表面改性處理，使其壽命提高到35萬件以上。成為高速冷鐓機(jī)的催生劑。

一種特種變速箱的薄壁齒圈，其特點(diǎn)是可以顯著減小變速箱的體積和重量，但是用常規(guī)的齒輪熱處理方法制造遇到很大的難題，滲碳淬火或感應(yīng)加熱淬火都難以控制熱處理畸變，而常規(guī)的滲氮處理不能滿足該齒輪對接觸疲勞強(qiáng)度的要求，只有應(yīng)用動(dòng)態(tài)可控滲氮工藝，使接觸疲勞強(qiáng)度由1400MPa提高到1700MPa，并且研究成功控制薄壁齒圈滲氮畸變的方法，才使特種變速箱試制成功。

僅從這些事例就可以反映出：熱處理的技術(shù)進(jìn)步對產(chǎn)品創(chuàng)新有重要的推動(dòng)作用。

鑒于上述特點(diǎn)，欲提高熱處理的技術(shù)水平首先應(yīng)開展熱處理工藝參數(shù)對材料組織性能影響規(guī)律的系統(tǒng)研究，其次研究工作不能只停留在用試樣研究的層面上。熱處理工藝研究需要和產(chǎn)品的臺架試驗(yàn)、裝機(jī)試驗(yàn)及失效分析相結(jié)合，經(jīng)過不斷摸索與改進(jìn)，才能收到大幅度提高壽命的效果，例如：卡車活塞銷冷擠壓凸模，承受約2000MPa單位壓力，需要有很高的抗壓屈服強(qiáng)度，而且其形狀細(xì)長易折斷，又要求有足夠的韌性，擠壓過程中被擠壓金屬對韌帶強(qiáng)烈摩擦，因此需要很高的耐磨性和一定的熱穩(wěn)定性。選用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造。起先選用手冊中給出的標(biāo)準(zhǔn)熱處理規(guī)范進(jìn)行處理，使用壽命低于400件。失效方式是凸模施壓過程中折斷。為了提高材料的韌性將淬火溫度由1225℃降低至1190℃，收到顯著效果，壽命提高到2500件左右。進(jìn)一步降低淬火溫度雖然可使韌性進(jìn)一步提高，然而使用壽命反而回落。對凸模的工作狀況和失效方式進(jìn)行仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，在低溫范圍內(nèi)加熱淬火的沖頭，刃帶被逐漸拉毛，脫模時(shí)阻力愈來愈大，在脫模過程中由于沖擊拉伸應(yīng)力的作用導(dǎo)致斷裂。針對這種具體情況采用1190℃淬火560℃回火4次，然后進(jìn)行氣體氮碳共滲處理。表面層(約0.02mm)的硬度提高到1000HV以上，而整體上保持高強(qiáng)度和高韌性，使用壽命提高到1萬件以上。

再則考慮到熱處理工藝參數(shù)對材料性能的影響相當(dāng)敏感，為了保證質(zhì)量的重現(xiàn)性和一致性必須研究開發(fā)先進(jìn)的熱處理工藝裝備和精密可靠性的熱處理過程控制技術(shù)、設(shè)計(jì)合理的工裝夾具、規(guī)定和嚴(yán)格執(zhí)行合理的裝爐方式和操作方法。所以提高熱處理質(zhì)量及其重現(xiàn)性是一個(gè)系統(tǒng)工程。在這一領(lǐng)域中不同國家和不同企業(yè)之間存在很大差距，也就不足為奇了。

2 熱處理技術(shù)落后已成為我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸

在發(fā)達(dá)國家中，凡是擁有著名品牌的機(jī)械產(chǎn)品的廠商都高度重視熱處理技術(shù)研發(fā)，通過大量的投入，持續(xù)的改進(jìn)和長期的積累，形成各自獨(dú)有的技術(shù)，并作為市場競爭力的要素而嚴(yán)加保密。人們可以購得名牌產(chǎn)品，通過測繪和解剖分析，仿制出外型和成分與之完全相同的產(chǎn)品，但使用壽命和可靠性常常相差甚遠(yuǎn)。正是在這一關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)上我國與發(fā)達(dá)國家存在很大的差距。

長期以來我國制造業(yè)存在著重產(chǎn)品、輕毛坯，而在毛坯制造中則重控形、輕控性，重產(chǎn)能輕質(zhì)量等傾向。發(fā)展規(guī)劃和技改資金過分傾向于購置精密加工設(shè)備而很少顧及材料制造、特別是控性與改性技術(shù)的研發(fā)，其后果常常由于產(chǎn)品的使用壽命低和可靠性差而在市場競爭中處于劣勢，只能陷入在慘烈價(jià)格戰(zhàn)中掙扎的困境。

熱處理在制造業(yè)中的作用未受重視，熱處理的產(chǎn)值按斤論價(jià)，其中的知識含量的價(jià)值被嚴(yán)重扭曲。被視為一個(gè)“產(chǎn)值很小的產(chǎn)業(yè)”而處于邊緣化。以致我國熱處理嚴(yán)重落后于國際先進(jìn)水平，主要表現(xiàn)在：

2.1 產(chǎn)品的使用壽命低、可靠性差

由于熱處理技術(shù)落后，我國許多機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命、可靠性和質(zhì)量重現(xiàn)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平，國防工業(yè)中的一些關(guān)鍵零部件和重大工藝裝備中的關(guān)鍵零部件不得不依賴進(jìn)口，或者是只能引進(jìn)國外的成形及熱處理設(shè)備制造中國的飛機(jī)、坦克、汽車，處處受制于人。例如：上海引進(jìn)德國技術(shù)生產(chǎn)的汽車變速箱的一個(gè)齒輪，德方規(guī)定必須用歐洲的設(shè)備進(jìn)行滲氮處理，設(shè)備報(bào)價(jià)一千多萬人民幣，相當(dāng)于該齒輪熱處理年產(chǎn)值二十余倍，而且消耗性的輔助材料也必須高價(jià)進(jìn)口。這種狀況使“中國制造”所創(chuàng)造的利潤絕大部分落入洋人口袋中。

至于量大面廣的民用工業(yè)產(chǎn)品，雖然國內(nèi)亦能制造，但因壽命短、故障率高而缺乏競爭力，近年注塑機(jī)械需求增長很快，國產(chǎn)的注塑機(jī)的壽命只及國外同類產(chǎn)品的幾分之一，售價(jià)也就只及進(jìn)口注塑機(jī)的1/8左右。國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件冷鐓機(jī)沖模因使用使命只有臺灣或日本產(chǎn)品的幾分之一而慘遭市場淘汰。汽車尾氣凈化器蜂窩板粉末成型模國外可壓制蜂窩板2000m，而國內(nèi)仿制的模具只能壓制150m，難以立足市場。國產(chǎn)重載變速箱即使設(shè)計(jì)比較保守，自重較大，但斷齒，斷軸而導(dǎo)致重大的機(jī)械運(yùn)行事故仍時(shí)有所聞。國產(chǎn)的某種型號螺旋泵，是仿制進(jìn)口的產(chǎn)品，由于熱處理工藝不當(dāng)經(jīng)常發(fā)生芯軸早期斷裂的故障。難與國外同類產(chǎn)品的故障率為百分之一的水平相比。

2.2 熱處理畸變控制水平低

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