作者：趙步青
單位：安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司
來(lái)源：本人提供（發(fā)表于5月13日溫州熱處理會(huì)議上）
摘要：熱處理是制造業(yè)中至關(guān)重要的一環(huán)，并賦予國(guó)家核心技術(shù)地位。各行各業(yè)都在改革創(chuàng)新，熱處理工藝也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，制定熱處理工藝應(yīng)該個(gè)性化、智能化，用信息化技術(shù)改造和提升熱處理技術(shù)，乃是搞好熱處理的必由之路。
關(guān)鍵詞：熱處理工藝；智能化；信息化；個(gè)性化
一、序
金屬材料的性能并不單純?nèi)Q于材料的種類(lèi)和成分，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，將大幅度改變材料性能?？茖W(xué)技術(shù)日新月異，機(jī)械工業(yè)飛躍發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，熱處理工藝不能停滯不前，必須與時(shí)俱進(jìn)，無(wú)愧于時(shí)代對(duì)我們熱處理人的厚愛(ài)與期望。
二、制定熱處理工藝應(yīng)該個(gè)性化
矛盾的普遍性寓于特殊性之中，共性存在于個(gè)性之中。本人中等身材，較矮偏較胖，到商場(chǎng)買(mǎi)不到合適的衣服和褲子，不得不到縫紉店訂做，許多非標(biāo)準(zhǔn)身材的人能亦有同感。制訂熱處理工藝何嘗不是這樣！目前個(gè)性化服務(wù)已提到議事日程。以下以M2鋼同種成分制造7種不同的刀具為例，闡述個(gè)性化工藝的重要性，見(jiàn)表1.
表1 同成分M2鋼制造不同刀具的熱處理工藝參數(shù)
加熱濕度
/℃
淬火晶粒度
/級(jí)
冷卻規(guī)范
回火工藝
車(chē)刀
1230-1235
8.5-9
480-550℃分級(jí)
550℃×1h×3次
整體直柄麻花鉆
1210-1225
10-11
480-550℃分級(jí)，后260℃再分級(jí)
550℃×1h×3次
滾刀
1225-1230
9.5-10
480-550℃分級(jí)，后260℃×1h等溫
低溫入爐，第一次回火二次貝氏體處理
拉刀
1205-1215
10.5-11.5
多次分級(jí)再等溫處理
550℃×1h×4次
直齒三面刃銑刀
1220-1230
9.5-10.5
480-550℃分級(jí)
550℃×1h×3-4次
機(jī)用絲錐
1190-1200
10.5-12
480-550℃分級(jí)，后260℃再分級(jí)
550℃×1h×3次
大薄鋸片
1180-1200
11-12
先分級(jí)再260-280℃×1h等溫
550℃×1h×4次
即使用同爐號(hào)的鋼材制作同一刀具，切削對(duì)象不同，熱處理工藝也應(yīng)該有異。
用20MnB、20CrMnTi制作的汽車(chē)防滑鏈片、鏈板、連接環(huán)、鏈條等不同配件，視服役的具體情況，可作滲碳、微滲碳、形變熱處理、低碳馬氏體強(qiáng)韌化處理。其他鋼材制作的不同零件，也應(yīng)該實(shí)施個(gè)性化的熱處理工藝。
三、關(guān)注熱處理參量
熱處理的一切變化，都是在溫度的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間才能完成，所以熱處理工藝曲線(xiàn)往往以溫度——時(shí)間二維曲線(xiàn)表達(dá)。
3.1淬火參量公式
鋼在熱處理加熱時(shí)，加熱溫度和保溫時(shí)間都很重要，只是淬火加熱溫度作用更大一些，兩者相比，溫度是等一位的，但絲毫不能小視時(shí)間的作用，兩者的作用應(yīng)綜合起來(lái)考慮，可以用淬火參量的公式表達(dá)。例如，高速鋼的淬火表達(dá)式為 【1】：
P——t(37+tgτ)
式中P——淬火參量；
t ——淬火加熱濕度；
τ——淬火加熱時(shí)間。
式中P代表了加熱溫度和加熱時(shí)間的共同綜合作用，無(wú)論溫度和時(shí)間怎樣變化，只要兩者的最終的淬火參量相同，那么奧氏體的程度應(yīng)該是相同的，由此派生出快速加熱和半快速加熱的新理念。
淬火參量同樣適用其他材料，只要我們認(rèn)真探索，同樣有規(guī)律可循，從而達(dá)到節(jié)能高效的目的。
3.2回火參量公式
高速鋼回火溫度和回火時(shí)間的關(guān)系，可以用回火參量來(lái)表達(dá)，公式如下：
P=t(20+tgτ)
式中P——回火參量；
t ——回火濕度；
τ——回火時(shí)間。
盡管回火溫度、回火保溫時(shí)間有所不同，只要回火參量相同，回火的效果就相當(dāng)。前蘇聯(lián)曾有過(guò)高速鋼625℃、600℃等快速回火的報(bào)道，筆者曾驗(yàn)證過(guò)，小批量高溫回火，確實(shí)可行，但批量生產(chǎn)肯定失敗。
以上僅舉高速鋼熱處理為例，事實(shí)上對(duì)任何鋼的淬火回火都可以推廣運(yùn)用，只不過(guò)參數(shù)有變，簡(jiǎn)單表達(dá)式為：
P=t(a+tgτ)
式中P——熱處理參量；
t ——加熱溫度
a ——不同鋼號(hào)，不同熱處理狀態(tài)下的常數(shù)；
τ ——加熱時(shí)間
四、用數(shù)字化信息化技術(shù)制訂熱處理工藝
中國(guó)制造2025的宏偉藍(lán)圖，可使機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)不斷優(yōu)化和得到提升。隨著機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、靈敏度以及智能化的提高，信息化技術(shù)將成為繁重?zé)崽幚砑夹g(shù)生產(chǎn)的強(qiáng)大工具，最終取代人工。物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、人工智能以及機(jī)器人這四大技術(shù)之間的合作必將會(huì)在未來(lái)的熱處理行業(yè)制造一個(gè)巨大的智能制造網(wǎng)絡(luò)，在創(chuàng)新力介入的情況下實(shí)現(xiàn)不可估量的技術(shù)提升。所有這些都深刻體現(xiàn)為用數(shù)字 化信息化技術(shù)改造和提升熱處理技術(shù)的動(dòng)向。
美國(guó)礦石、金屬與材料學(xué)會(huì)于2018年發(fā)表了一篇《材料和制造領(lǐng)域的先進(jìn)計(jì)算與數(shù)據(jù)》報(bào)告指出【2】：當(dāng)前數(shù)字化的優(yōu)先技術(shù)領(lǐng)域在于① 耦合模擬和試驗(yàn)， ② 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法、 ③ 數(shù)字化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)。④數(shù)字化表達(dá)和可視化、 ⑤ 可預(yù)測(cè)多尺度建模、 ⑥不確定度的量化和傳播。可見(jiàn)，數(shù)字化技術(shù)體系是智能制造的基礎(chǔ)，包括產(chǎn)品表達(dá)數(shù)字化、制造工藝數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化、制造系統(tǒng)數(shù)字化。在熱處理高端化的進(jìn)程中，通過(guò)數(shù)字化信息化技術(shù)，改造和提升熱處理技術(shù)的目標(biāo)之一是熱處理工藝過(guò)程的多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬技術(shù)與專(zhuān)用軟件。技術(shù)途徑包括熱處理過(guò)程的多物理場(chǎng)、宏微觀耦合數(shù)值建模、工藝——組織——性能關(guān)聯(lián)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)；目標(biāo)之二就是熱處理設(shè)備的虛擬制造和熱處理的虛擬生產(chǎn)。技術(shù)途徑包括熱處理專(zhuān)用材料數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)、熱處理工藝過(guò)程數(shù)值模擬與物理模擬結(jié)合驗(yàn)化平臺(tái)開(kāi)發(fā)；目標(biāo)之三是熱處理生產(chǎn)的柔性化、高效化、標(biāo)準(zhǔn)化。技術(shù)途徑包括熱處理工藝過(guò)程智能控制技術(shù)、熱處理生產(chǎn)信息管理技術(shù)、熱處理智能專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、遠(yuǎn)程熱處理服務(wù)中心的建立等。
綜上所述，熱處理工藝的制訂將發(fā)生顛覆性的變化，口頭指揮熱處理現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)將成為歷史，紙質(zhì)工藝正走向暮年，智能化程序化的工藝設(shè)計(jì)已展現(xiàn)在我們面前。
五、熱處理工藝的先進(jìn)性
一個(gè)企業(yè)的熱處理先進(jìn)性，起碼應(yīng)具備領(lǐng)先于同行其他企業(yè)的熱處理工藝，甚至某方面在國(guó)內(nèi)或國(guó)際領(lǐng)先。如此，離不開(kāi)引進(jìn)和采用新技術(shù)、新工藝和設(shè)備改造以及新型工藝材料的應(yīng)用等，如表2所示。
工藝的先進(jìn)性還體現(xiàn)在采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并貫徹做到工藝過(guò)程。比如用M2鋼等通用高速鋼制造的刀具，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求63-66HRC，我們制訂的工藝為65-66HRC，高性能高速鋼M42鋼制刀具為66-67.5HRC?！?】
表2 熱處理工藝的先進(jìn)性序號(hào)
要素
內(nèi)容
目的
1
采用新工藝、新技術(shù)
充分采用新的熱處理工藝方法及新技術(shù)
滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)要求；提高產(chǎn)品工藝質(zhì)量和穩(wěn)定產(chǎn)品熱處理質(zhì)量
2
熱處理設(shè)備的技術(shù)改造和更新
改造舊設(shè)備；購(gòu)置新設(shè)備（加熱設(shè)備、熱處理輔助設(shè)備及工裝）
滿(mǎn)足熱處理工藝發(fā)展的需要；提高生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量；適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步的需求
2
采用新型工藝材料
采用新型加熱、冷卻介質(zhì)防護(hù)特性的材料
提高產(chǎn)品的熱處理質(zhì)量，提高產(chǎn)品熱處理后的表面質(zhì)量
六、結(jié)束語(yǔ)
1、制訂熱處理工藝應(yīng)該個(gè)性化，充分挖掘材料潛力。
2、靈活掌握熱處理參量，強(qiáng)化溫度的重要性，在確保產(chǎn)品高質(zhì)量的情況下，力求短時(shí)間，為企業(yè)增效。
3、用數(shù)字化信息化技術(shù)制訂熱處理工藝，減少人為因素造成的設(shè)計(jì)滯后，不斷更新，持續(xù)前行。
4、敢為人鮮，勇立潮頭。瞄準(zhǔn)國(guó)際國(guó)內(nèi)熱處理工業(yè)技術(shù)前沿，熱處理工藝一定要先進(jìn)。
時(shí)代在發(fā)展，人民在前進(jìn)，熱處理工藝設(shè)計(jì)要與時(shí)俱進(jìn)，千道理萬(wàn)道理，把自家的產(chǎn)品搞上去是硬道理。
