热处理质量控制和检测
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前言
热处理过程作为一个特殊过程，一旦发生质量问题，都是批量性问题。而且由于热处理产品特性很难被直接检测和监控。为确保热处理的稳定高效生产，其过程中的质量管理和过程检测极其重要的。
本文可以帮助大家掌握热处理过程质量控制基本方法和特性检测的主要方法(金相常规力学及检测设备的使用）。熟悉质量管理及保证体系、相关标准，和化学分析、无损检测的方法及应用范围。了解电镜、探针、X射线衍射仪、X射线应力测定仪及方法、应用范围。
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热处理质量管理
1. 热处理质量管理和质量体系
热处理品质（量）体系：
依据GB/T19000-ISO9000
以保证和提高热处理品质为目标，运用系统工程概念、方法把质管各阶段、各环节组织起来，形成目标、职责、权限明确，相互协调、促进的体系。
主要内容：
①组织机构、职责及相互关系
②质量体系文件：运作依据
③质量信息、反馈及档案
④对体系素质、效能进行评价，并有评价标准
⑤质量体系图
2. 产品设计中的热处理质量保证
目标：合理选材、正确确定组织、性能指标，确保产品性能稳定、安全可靠和使用寿命保证。
1）材料选用原则
- 工件的工作条件（载荷、环境、失效模式）
- 工件的结构、形状、大小对热处理工艺的影响
- 热处理后的组织和性能（特种工艺下的钢种）
- 可节能减排的材料
- 能适应相关工艺的工艺性能
2）热处理技术要求的确定
品质检验的依据、指标，满足工件的使用性能。
a. 硬度：与强度相关，安全系数要求
b. 力学性能指标：
①强度与韧度配合
②材料、结构、系统的强度关系
③组合件之间强度配合
④表面处理件心表强度配合
⑤服役环境适应性
c. 硬化层深度：使用性能、失效模式、节能
d. 金相组织标准：晶粒度、马氏体级别
e. 允许的畸变量
f. 结构对热处理工艺性能的影响：畸变、开裂。
减少应力集中，截面均匀，台阶过渡圆滑，减少孔、槽、筋，尽量保持结构对称，成分、组织均匀。
3. 原材料质量管理
1）采购的品质管理
① 明确技术要求、标准
② 采购技术协议明确
③ 选择合格供应商
2）原材料管理
①资料数据
②验收
③收、发、退管理
4. 热处理工艺设计的质量保证
目标：低成本、高效率生产出高品质的热处理产品
1) 工艺设计原则及主要内容
- 原则
先进、可靠、合理、可行、经济、安全、自动化。
- 工艺流程的优化设计
冷热工艺间衔接，工序安排合理、简化、节能、品质优先，按需增加工序。
- 工艺参数优化
材料、人员、设备各因素综合平衡，进行优选法试验。
- 设备选择
依据：满足工艺、适用面广、节能降本环保
2）工艺试验
三个步骤：实验室、台架或装车、审批或生产试验。
3）工艺编制
工艺卡或作业指导书、零件明细表、工艺守则或工艺说明书。
5. 热处理生产的过程质量保证
1）设备管理与质控
- 设备选择：满足技术、品质要求
- 安装调试：达标、验收、记录
- 合理使用：持证上岗、交接规范、维护良好、 严格操作规程
- 检查维修：及时、定期检修
- 计量管理：计量器具保持在规范状态，定期校验（检定）
- 封存、报废：按规定及时报批、公示
- 自制改造：标准化、通用性
2）工热处理工艺材料的管理与质控
热处理用盐、渗剂、淬火介质（水基、油）
3）质检
热处理件质检必须程序化流程
4）职责
操作者技能和责任管理，品质意识、技能培训、持证上岗
5）工序管理
目的：对影响品质的因素进行控制，使工序处于稳定状态
方法：建立工序质管点—关键品质特性
工作内容：培训上岗、注意异常波动、监督检查。
- 数理统计应用
排列图法、因果分析图法、控制图法、直方图法、散布图法。
排列图：分析、寻找影响质量主要环节。
因果图：分析、确定产生质量问题主要因素。
控制图：判断、预报质量波动。
直方图：由质量分布状态，预测质量状态及合格率。
散布图：观察分析判断两质量变量间关系。
6.计算机在热处理质量管理和质量控制中的应用
工艺过程控制：工艺数据库、自动控制、群控。
质检：自动检测、判定、输出
档案及信息检索：工艺、原始数据存储，调阅
工序品质分析：用数理工具进行分析、判断
7.热处理质量检验
- 硬度检验
硬度类别选择（HR、HB、HL、HV、HS……）；
抽样方法（方案），测试方法，部位，判据依据：JB/T 6050《钢铁热处理零件硬度检验通则》。
- 畸变检验
塞尺、V形块+百分表、专用器具。
- 外观及裂纹
目视法，外表无损检测 （着色、磁粉探伤等）。
- 金相检验
退火、正火、调质：球化退火（级别）、晶粒度、碳化物级别、外表脱碳层。
淬火件：马氏体级别、晶粒度、残留奥氏体
渗碳件（碳氮共渗件）：马氏体、碳化物、残留奥氏体、心部组织、有效硬化层。
渗氮件：原始组织、渗层深、渗层脆性、疏松、化学成分、力学性能检验。
感应加热淬火件：有效硬化层深度、淬火组织级别。
铝合金热处理件：过烧组织判定（铸造铝合金、变形铝合金）。
高速工具钢淬回火件：碳化物不均匀性级别、过热、回火程度，晶粒度。
- 粒状珠光体
- 晶粒度
- 脱碳层
- 硬度曲线图
- 感应加热淬火件
- 铝合金热处理图
晶界有复熔为过烧组织
- 高速工具钢淬回火（HM35）
组织为：马氏体+残留奥氏体+碳化物，共晶碳化物不均匀度评为7级
化学成分、力学性能检验
成分：质保书、光谱、火花法
力学性能：工艺试验、或重要件
拉伸（Rm，Rp0.2，A，Z）
冲击（Kv，Ku，低温）
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材料化学成分的检验
钢材化学分析：
取样要求：具有代表性（心部），足够数量（每元素/5g），屑状（湿法、溶解），块状（仪器分析）。
常用元素分析：C、Mn、Cn、Mo、W、V。
1. 钢材火花鉴别法
钢材火花鉴别法特征及鉴别根部、中部、尾部。
- 火花鉴别方法特点及应用
设备简单、操作方便、快捷
注意事项：对钢中元素定性或半定性分析用标样对照鉴别，要求操作者经验丰富。
2. 常规湿法分析法：经典方法、常用于仲裁
分光光度法：利用溶液对特定波长吸收程度的大小来确定含量特定波长：由棱镜或光栅分光获得。
容量法（滴定分析法）：将一种已知准确浓度的试剂（标样样）滴加到含有被测物质的溶液中，直至相互完全反应，由此计算被测元素的含量。（适用于中等或高含量元素）。
重量分析法：用某种方法把待测定组分从样品中分离出来，根据分离物的质量算出被测组分的含量。
分离方法：沉淀法、气化法或电解法
3. 仪器分析法
- 发射光谱分析
原理：根据试样物质中不同原子的能级跃迁时产生的不同光谱来确定物质的化学组成。
特点：操作简单、分析速度快、选择性好、灵敏度高、准确度较高过低高含量难测。
发射直读光谱
- 原子吸收光谱分析
原理：用原子吸收光谱仪的光栅分光系统来测量基态的被测元素的自由原子，由该被测元素特征谱线的吸收信号来确定该元素的含量。
特点：
优点--测定元素范围较广，几乎全部金属元素及亚金属元素；分析灵敏度高，(0.01~1μg/ml)设备简单，成本较低。
缺点--单个元素测定，多数非金属元素不能直接测定。
其他分析仪器
X射线荧光光谱仪、激光显微光谱仪。
4. 微区化学成分分析
电子探针-X射线显微分析，包括：
波谱仪（WDS）：一次单个元素，分辨率高，样品要求高。
能谱仪（EDS）：一次多个元素，分析精度低，可测断口点、线、面扫描测定。
俄歇电子能谱可以分析试样表层（0.001μm深度内）成分测定。离子探针显微分析仪离子探针（IMA）二次离子质谱仪（SIMS）表面分析，深度在几个纳米范围。
点扫描-夹杂
线扫描图（Fe基体表面镀Ni-Sn，红色谱线为Ni，绿色谱线为Sn）
面扫描
End