作者：趙步青
單位：安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司
來源：本人提供（發(fā)表于5月13日溫州熱處理會議上）
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)與時俱進，制定熱處理工藝應(yīng)該個性化、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；個性化
一、序
金屬材料的性能并不單純?nèi)Q于材料的種類和成分，通過適當(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，必須與時俱進，無愧于時代對我們熱處理人的厚愛與期望。
二、制定熱處理工藝應(yīng)該個性化
矛盾的普遍性寓于特殊性之中，共性存在于個性之中。本人中等身材，較矮偏較胖，到商場買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，闡述個性化工藝的重要性，見表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
冷卻規(guī)范
回火工藝
車刀
1230-1235
8.5-9
480-550℃分級
550℃×1h×3次
整體直柄麻花鉆
1210-1225
10-11
480-550℃分級，后260℃再分級
550℃×1h×3次
滾刀
1225-1230
9.5-10
480-550℃分級，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
550℃×1h×3-4次
機用絲錐
1190-1200
10.5-12
480-550℃分級，后260℃再分級
550℃×1h×3次
大薄鋸片
1180-1200
11-12
先分級再260-280℃×1h等溫
550℃×1h×4次
即使用同爐號的鋼材制作同一刀具，切削對象不同，熱處理工藝也應(yīng)該有異。
用20MnB、20CrMnTi制作的汽車防滑鏈片、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、低碳馬氏體強韌化處理。其他鋼材制作的不同零件，也應(yīng)該實施個性化的熱處理工藝。
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)動下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r間才能完成，所以熱處理工藝曲線往往以溫度——時間二維曲線表達。
3.1淬火參量公式
鋼在熱處理加熱時，加熱溫度和保溫時間都很重要，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，但絲毫不能小視時間的作用，兩者的作用應(yīng)綜合起來考慮，可以用淬火參量的公式表達。例如，高速鋼的淬火表達式為 【1】：
P——t(37+tgτ)
式中P——淬火參量；
t ——淬火加熱濕度；
τ——淬火加熱時間。
式中P代表了加熱溫度和加熱時間的共同綜合作用，無論溫度和時間怎樣變化，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間的關(guān)系，可以用回火參量來表達，公式如下：
P=t(20+tgτ)
式中P——回火參量；
t ——回火濕度；
τ——回火時間。
盡管回火溫度、回火保溫時間有所不同，只要回火參量相同，回火的效果就相當(dāng)。前蘇聯(lián)曾有過高速鋼625℃、600℃等快速回火的報道，筆者曾驗證過，小批量高溫回火，確實可行，但批量生產(chǎn)肯定失敗。
以上僅舉高速鋼熱處理為例，事實上對任何鋼的淬火回火都可以推廣運用，只不過參數(shù)有變，簡單表達式為：
P=t(a+tgτ)
式中P——熱處理參量；
t ——加熱溫度
a ——不同鋼號，不同熱處理狀態(tài)下的常數(shù)；
τ ——加熱時間
四、用數(shù)字化信息化技術(shù)制訂熱處理工藝
中國制造2025的宏偉藍(lán)圖，可使機器人和自動化系統(tǒng)不斷優(yōu)化和得到提升。隨著機器人的機動性、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、人工智能以及機器人這四大技術(shù)之間的合作必將會在未來的熱處理行業(yè)制造一個巨大的智能制造網(wǎng)絡(luò)，在創(chuàng)新力介入的情況下實現(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)的動向。
美國礦石、金屬與材料學(xué)會于2018年發(fā)表了一篇《材料和制造領(lǐng)域的先進計算與數(shù)據(jù)》報告指出【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， ② 數(shù)據(jù)驅(qū)動方法、 ③ 數(shù)字化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)。④數(shù)字化表達和可視化、 ⑤ 可預(yù)測多尺度建模、 ⑥不確定度的量化和傳播?？梢?，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程中，通過數(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程的多場耦合數(shù)值模擬技術(shù)與專用軟件。技術(shù)途徑包括熱處理過程的多物理場、宏微觀耦合數(shù)值建模、工藝——組織——性能關(guān)聯(lián)和軟件開發(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)途徑包括熱處理專用材料數(shù)據(jù)庫開發(fā)、熱處理工藝過程數(shù)值模擬與物理模擬結(jié)合驗化平臺開發(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)、熱處理智能專家系統(tǒng)開發(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)計已展現(xiàn)在我們面前。
五、熱處理工藝的先進性
一個企業(yè)的熱處理先進性，起碼應(yīng)具備領(lǐng)先于同行其他企業(yè)的熱處理工藝，甚至某方面在國內(nèi)或國際領(lǐng)先。如此，離不開引進和采用新技術(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。
工藝的先進性還體現(xiàn)在采用國內(nèi)外先進的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并貫徹做到工藝過程。比如用M2鋼等通用高速鋼制造的刀具，國家標(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。【3】
表2 熱處理工藝的先進性序號
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)
滿足設(shè)計技術(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；購置新設(shè)備（加熱設(shè)備、熱處理輔助設(shè)備及工裝）
滿足熱處理工藝發(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
1、制訂熱處理工藝應(yīng)該個性化，充分挖掘材料潛力。
2、靈活掌握熱處理參量，強化溫度的重要性，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)計滯后，不斷更新，持續(xù)前行。
4、敢為人鮮，勇立潮頭。瞄準(zhǔn)國際國內(nèi)熱處理工業(yè)技術(shù)前沿，熱處理工藝一定要先進。
時代在發(fā)展，人民在前進，熱處理工藝設(shè)計要與時俱進，千道理萬道理，把自家的產(chǎn)品搞上去是硬道理。
