制造业必由之路——热处理
热处理是决定产品性能、 寿命和可靠性的关键,热处理水平是制造业竞争力的核心要素, 然而在我国热处理得不到应有的重视,而且热处理界本身的质量意识淡薄,以致与国际先进水平存在很大差距。只能靠大量制造廉价产品赚取微薄利润。我国自行设计的一些高端装备中的关键零部件则需要高价从国外进口。
热处理落后已成为我国制造业由大变强的瓶颈。笔者认为, 欲扭转这种局面, 首先需要转变观念,正确理解热处理在制造业中的作用和重要性, 清醒地认识我国热处理的落后状况及危害,深究其原因,才能群策群力赶超世界先进水平。
1. 热处理在制造中的地位与作用
1.1 热处理的进步是产品创新的基础
利用热处理技术的优势,充分发挥材料的潜力,引领新产品的开发是装备制造业自主创新的重要途径。例如超高强度钢发展的过程及其应用于飞机起落架和大功率液力耦合器取得的效果; 通过热处理提高模具寿命促进了高速冷镦机的发展;纳米蜂窝状 Zr2O复合涂层降低了耐热合金叶片温度成为新一代航空发动机的关键技术。从目前国家急需的战略性装备的研制中也体现出热处理技术的重要作用。以核电站装备发展过程为例: 20世纪 50年代美国就开始应用 A508—3钢制造核电站的大型锻件。经几十年的持续研究, 通过改进热处理工艺提高了强度和韧性, 于是在新一代核电站设计时将压力容器的强度指标和低温韧性指标都提高一个档次,减小了压力容器的壁厚,从而可以用同样大小的钢锭制造体积更大的容器, 适应了 100万以至 140万千瓦级核电装备的需要。
汽轮机由亚临界至超临界至超超临界的发展与马氏体耐热钢热处理水平提高密切相关, 国外经过几十年研究,在高铬马氏体耐热钢中添加微量钒铌进一步提高高温强度,但必须准确掌握淬火温度和回火温度,淬火时使 Nb、 V充分溶解到奥氏体中, 淬火回火后获得回火马氏体, 才能发挥 Nb、V延缓碳氮化合物聚集长大的倾向,可以在 600℃长期运行的条件下保持足够的强度,并掌握了直径达φ1400mm的高中压转子热处理技术,从而使百万千瓦超超临界汽轮机得以问世,使发电的效率提高20%。
20世纪中期船用焊接钢板主要是低碳钢碳素钢,屈服强度只有 300MPa左右, 由于发展了中厚钢喷射压淬技术,实现整张合金低碳钢板调质处理,船用板的屈服强度提高到 600MPa以上,据国外报道,屈服强度800MPa以至 1000MPa级别的厚板已用于制造潜艇的耐压壳体,显着增加了潜艇设计的下沉深度,提高了隐蔽性和作战生存能力。
1.2 搞好热处理,零件一顶几
搞好热处理,零件一顶几, 热处理没搞好零件几顶一,所以对于已经成熟定型产品而言,通过提高热处理水平提高寿命和可靠性同样具有十分重大的意义, 还需要特别指出的是, 热处理质量好坏所造成的影响会有很大的延伸性或者说是辐射作用。例如用于石油钻井的钻杆万一断裂就不是损失一根钻杆或者使几十根、 上百根钻杆埋于地下的问题, 而是钻井只好报废,使得钻井过程中所花费的大量人力和能耗付诸东流。
各类交通工具、 武器装备和其他设备中的一些零件如因热处理质量问题而发生不正常损坏就有可能造成人命关天的重大事故。
2.正视现状
通过提高热处理水平引领产品的自主创新在我国虽然也有成功先例, 但尚未引起普遍的重视。总体而言,我国热处理与世界先进水平存在很大差距,许多机械产品的使用寿命、 可靠性和质量重现性远不及国外同类产品,重大装备中许多关键零件部分只得高价进口,国防工业所需的高端热处理设备还未摆脱落后 引进—再落后—再引进的恶性循环,量大面广的民用产品,虽然国内生产规模快速增长,但常因寿命短、 故障率高而缺乏竞争力,陷于恶性价格竞争的泥潭中,热处理水平的落后使转变产品结构和转变发展方式受到严重的牵制,这方面的事例举不胜举。
近几年在国家重大专项支持下, 我国设计制造成功上百种高档数控机床,但其中的关键功能部件仍依赖进口,据了解我国各地制造滚珠丝杠的企业为数不少,笔者造访了国内滚珠丝杠的龙头企业之一,看到其切削加工水平非常高, 可以制造出精度最高级别的 0级丝杠,而且加工的机床都是国内自行研发的,但该企业负责人坦言,热处理是其最薄弱的环节,以致滚珠丝杠的精度保持时间平均只及国外名牌产品的1/10 , 无法适应高档数控机床的要求。
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