1 历史的回顾
自俄国冶金学家D.K.切尔诺夫1868年发现钢在加热和冷却过程中有组织转变,F1奥斯蒙德用热分析法确定了钢的相变临界点温度以及合金状态图的建立以来,热处理从工匠手艺发展为科学技术只有百余年历史。在这段历史中,无论是作为热处理基础的物理冶金理论还是实用生产技术都取得了辉煌成就。最值得称道的理论贡献是:①E.C.贝茵、P.梅拉和威列尔在20世纪20～30年代对钢和杜拉铝相变机制的系统研究成果。②P.德拜、G.V.沃尔富、W.G.布赖格等从20世纪20年代开始的用X射线射法对金属合金和其中相的晶体结构的一系列研究结果。③G.V.库久莫夫和萨克斯对低碳马氏体相变的晶体变化的共格特征进行了精确测定,确立了著名的马氏体相变的晶体K-S关系。④金属晶体位错结构缺陷的发现及其对强度影响规律的结论使物理冶金理论向更微观和更量化的深度发展,解释了金属材料热处理强韧化效果的机理,并启发了一系列热处理新技术的开发,特别是各种类型的形变热处理新工艺。⑤柯俊、阿隆松分别提出了贝氏体转变的无扩散—切变和扩散—台阶机制的两个针锋相对观点,徐祖耀、康沫狂、俞德刚等人在贝氏体相变理论研究和开发贝氏体钢方面有突出贡献。
在实用生产技术发展上值得回顾的有:①1890年英国首次公布了制备不可燃气氛发生炉的专利,该气氛用于金属的光亮热处理,德国的A.富利1921年申请了在井式炉中通氨渗氮的专利。②P.P.阿诺索夫在1837年就倡导用气体渗碳法,而经过100年后(1935年)前苏联的利哈乔夫汽车厂才有了第一台用煤油裂解气的罐式连续渗碳炉;直到20世纪50年代才逐步取代了固体渗碳和用氰盐的液体渗碳。③前苏联的G.V.沃罗格金在20世纪40年代逐步把感应加热技术应用到炼钢、锻造加热和表面淬火热处理等领域。④20世纪40年代末出现了用LiCl露点仪的碳势可控渗碳。⑤离子渗氮于20世纪30年代在德国就有了专利,而KlÊckner公司是在20世纪50年代末才开发出商品设备,并推向工业应用。⑥20世纪60年代初瑞士的H.魏斯发明了在井式炉中的CARBOMAAG滴注可控渗碳法。⑦20世纪60年代中期,用吸热式气(载气)、甲烷或丙烷(作富化气)并用CO2红外仪测控炉气碳势的可控渗碳在汽车工业中得到推广。与此同时第一代的冷壁式真空加热油中淬火炉和真空渗碳炉问世。⑧20世纪50年代开发,60年代推广的被称作Tenifer或Tufftride商品名称的盐浴氮碳共渗,使渗氮周期由数十小时缩短到1h～2h,可明显提高传动件的抗疲劳、耐磨性和抗咬合能力;由于处理温度低(<580℃),工件畸变小,其缺点是所用氰盐剧毒、废盐废水需妥善处理。⑨为避免使用剧毒的氰盐,20世纪60年代后期开发出了NH3+吸热式气(Nikotrier)和NH3+CO2(Nitroc)在570℃的井式或箱式炉中施行的气体氮碳共渗法,随后在汽车曲轴、低载齿轮等零件上获得广泛应用。⑩20世纪50年代高分子聚合物溶液开始用做淬火剂。最早使用的此类聚合物是聚乙烯醇(PVA),以0.1%～0.3%的浓度用做感应加热件的喷冷淬火,其冷却能力介于水油之间,不易燃、无污染。20世纪60年代美国联碳公司推出UCON(PAG)系列合成淬火剂,可代替油用于铁和非铁合金的淬火及固溶处理的冷却。随后又有一系列其它类别的合成淬火剂商品问世。⑾高、中、工频以及超音频和超高频、超高频脉冲感应加热表面热处理工艺广泛应用。各种静态固体电路高频、大功率电源相继问世,全自动程控多工位淬火机床和自动装卸料机械手或机器人获得工业应用。⑿20世纪80年代氧探头逐步代替红外仪用于炉气碳势控制的传感器和计算机仿真自适应控制、无损检测技术、机器人装卸结合,使大批量生产的汽车零件的渗碳、淬火、清洗、回火、质检全过程实现自动化和无人作业。⒀20世纪90年代,欧洲IpsenInternational、ALD和ECM等公司相继推出低压渗碳、低压离子渗碳和高压气淬的周期炉和半连续生产线,为提高效率、改善质量、减少畸变和保护环境作出了贡献,为汽车工业热处理未来提供了前景。
近20年来,热处理新技术的大量涌现,为机器制造业的发展、机械产品质量的提高、热处理企业的技术改造积累了大量的技术储备,为热处理生产技术的进步提供了广阔前景。
2 热处理的总体发展战略
纵观国内外热处理技术的发展,其总体战略的出发点大致可归纳成5个方面。首先是可持续发展战略(endurabledevelopment),其次是产品质量的持续提高(enhancementofproductsquality),第三是节约能源(energysaving),第四是实现精确生产(exactproduction),最后是提高生产效率(effcientprocesstechnologies),低生产成本。5个方面的英文字头都是E,故称之谓5E战略。
2.1 可持续发展战略
1992年联合国在里约热内卢召开的人类环境与发展大会提出了“以公平原则,通过全球伙伴关系促进全球可持续发展”的全球21世纪行动纲领。朱总理在2002年9月的世界可持续发展首脑会上把这个问题提到“人类与自然协调和谐,环境与发展相互促进”的高度。这就使可持续发展成为世界任何国家在自己的各种经济建设活动中都必须遵循的首要原则。在可持续发展的内涵中,首先是环境,其次是资源的有效利用和再生。热处理是和环境、资源密切相关的加工过程,其生产物料和剩余物料都可能是导致污染的根源。避免污染的原则应是预防第一,治理第二。因此热处理先进技术发展首要考虑是清洁和安全的生产技术,安全选用和使用生产物料,避免形成有害剩余物料的技术。对于不得已产生的有害物质也必须有先进的无害化处理方法,使其达到国家规定的安全排放标准。
热处理用的燃料、电力、水、油等资源的有效利用、节约使用和再生后重复使用的潜力巨大。热处理加热设备的能源必须因地、因时制宜地合理选择,加热设备的热效率有很大的提高余地,燃料产物的废热必须充分利用,大量的冷却用水必须循环使用,自工件表面清理下来的油脂应分类回收,失效的淬火油应收集精炼重复使用或作为它用。总之,资源的有效利用和再生是热处理行业可持续发展战略的很重要的组成部分。现在人们对这个问题重要性的认识还远没有达到对环境的认识程度。当前国家领导人和许多有识之士都充分认识到这个问题的解决是不能光靠说教,已经到了必须立法和制订法规的时刻了。可喜的是我国的环境保护法已经出台,国际标准化委员会也对企业提出了ISO14000的环保要求,我国的一些企业已经通过了ISO14000的认证。
2.2 产品质量的不断提高
我国加入WTO后,经济与国际接轨,为企业提供了动力,增加了压力,既制造了机会,也带来了严峻的挑战。中外合资企业的建立,外国独资企业的涌入使国内制造业的产品面临激烈的市场竞争,这种竞争表现在产品质量、价格和售后服务上,但核心在产品质量。
产品质量的高要求既是压力,也是动力。它可以带动热处理的技术改造和设备更新,从而使机器零件的质量和寿命产生大的改观。热处理企业的设备更新给设备制造业带来了商机,但国产热处理设备由于工艺水平低、可靠性差,在对外开放形势下也面临激烈竞争,使许多国内热处理设备制造厂濒临倒闭。提高热处理设备的质量和可靠性也是当务之急。与此同时,设备配套件、泵、阀、电器元件、仪器、筑炉材料等的质量和可靠性如果不能很快有大的改善,热处理设备的水平就不可能有大的突破,必定在竞争中继续吃败仗。提高产品质量必须在实行企业科学管理的基础上,加强产品质量管理、认真开展企业的ISO9000系列标准的认证、在生产过程中认真执行热处理各项工艺标准和热处理件的组织性能质量标准,才能使产品质量迅速上一个新台阶。
2.3 能源的有效利用
在机器制造工艺过程中,热处理是耗能大户。其电能消耗一般为机械制造企业的20%～30%。据20世纪90年代调查,全国每年用于热处理的电能约86亿度(kW·h),占总发电量的1%左右。美国1996年热处理用电总量为59亿度,仅为我国用电的68%。我国机械工厂的热处理用电费用占生产成本约40%。可见合理选择热处理能源,有效和节约使用能源也是热处理生产技术发展和改造的重要出发点之一。电是二次能源,热电厂发一度电约需9196kJ的热能,发电的效率在30%～40%。如果热处理加热炉的热效率能达到80%,则按一次能源的利用率计算,综合热效率只有24%～32%。而利用天然气的燃烧炉,再加上利用烟道气的燃烧空气预热,综合热效率达到60%～65%是很容易做到的。因此在有条件使用天然气的地域,用燃烧炉代替部分电阻炉,从能源利用上是很有利的。
先进的加热设备除能体现先进工艺外,节约能源是很重要的指标。热处理炉应有最小的散热损失,最小的炉衬蓄热,废热要充分利用,燃烧炉应有高效的燃烧器或辐射管,还要有合理的燃烧制度。合理选择工艺具有极大的节能潜力,而且可在极小的投入条件下获得明显效果。缩短加热时间,降低加热温度,用表面热处理代替整体热处理、简化工艺过程、合理选择工件材料等都是好的节能措施,关键在于生产岗位上的技术人员的节能意识的强弱。生产的合理组织,能源的严格管理也是节能的根本措施之一。提高热处理设备负荷,保持连续生产对于节能是非常重要的。从这层意义上,专业化生产是非常有利的方式。
2.4 精确的生产过程
近代的物理冶金理论几乎可以洞悉金属在热处理过程中的组织、性能、化学成分,甚至原子状态的瞬息变化,从而可以利用精确灵敏的传感控制系统对热处理产品质量进行精确的在线控制,从而达到100%的合格率。在设备上精确保证生产条件,如炉温均匀度、加热和冷却速度以及工件材料化学成分和淬透性带的范围等就可以实现在不同炉次、同一炉次不同部位产品质量的同一性和再现性,使产品的组织性能、畸变等质量的分散度达到趋于零的程度,真正实现精密生产。
2.5 高效的生产技术
提高劳动生产率、降低生产成本,获得最大的经济效益永远是热处理生产和所有企业追求的目标。实现高生产效率的重要前提是单一品种的批量化生产。在大批量、规模化生产条件下,采用生产过程自动化、质量的在线信息化、工艺参数和质量效果的模拟和自适应控制可最大限度地提高生产效率,实现无人作业,由此也可以完全消除人为因素,保证产品质量低分散度。缩短生产周期的热处理工艺既能节约能源,也能提高生产效率。提高设备的可靠性、减少故障率,可以减少维修次数、减少辅助时间。在多品种小批量生产方式下采用柔性设备和多用设备生产线也可提高生产效率。当然在专营热处理加工企业,生产计划的优化管理、合理的生产组织,使设备保持满负荷运转都是保证高生产效率的有效措施。
3 先进热处理技术的发展方向
如前所述,由于受到制造业的高度重视,近代热处理技术发展迅速。其主要发展方向可以概括为8个方面,作者称做为8个少无(LessorNon),即少无污染、少无畸变、少无(质量)分散、少无浪费(能源)、少无氧化、少无脱碳、少无废品、少无人工。
3.1 少无污染
热处理生产排出的废气、废水、废渣、粉尘、噪声和电磁辐射等,如不注意会使作业场地和周围环境受到污染。先进的热处理技术首先应该是对环境没有污染的技术。其中包括清洁工艺、清洁设备、清洁材料等。可控气氛、真空、有良好的屏蔽的感应热处理是广泛应用的典型清洁工艺。等离子热处理、低压渗碳、高压气淬、激光电子束强化、喷雾淬火、真空清洗等也都属于少污染技术。与这些工艺相对应的真空炉、气氛炉、离子渗氮炉、低NOx、SOx燃烧加热炉、流态炉属无污染设备。聚合物淬火剂、无氟氯烃溶剂、Al2O3和SiO2等流态床粒子、氮和各种惰性气体属于清洁材料。
大量用氰盐的液体渗碳、碳氮共渗和氮碳共渗应禁止使用。气体渗碳和用渗碳气体加氨的气体碳氮共渗和氮碳共渗后排出的废气经点燃可无害排放。离子渗硼时不可使用剧毒品乙硼烷(B2H6)。盐浴中慎用黄血盐和赤血盐,因其分解后会产生氰根。含碳酸盐的盐浴切勿放入尿素或缩二脲,否则会反应先生成氰酸盐,后分解为氰盐。含S、Li的氰盐浴可使氰化物保持在0.1%～0.5%的低水平,法国HEF的Sul2surf、我国的LT硫氮共渗法都属此类。在氰盐浴中添加有机聚合物melon也可将氰盐含量降低到2%～3%,其余大部分是无毒的氰酸盐。QPQ处理盐浴属于此类。
清洗水中的氰含量已经稀释可无害排放。氯化钡盐渣和含氯化钡过量废水对人体有害,须经无害化处理达标后才允许排放。氯化钡是高速钢刃具淬火加热目前无法代替的介质,但必须保证钡盐和含氯化钡废水的无害化排放。
热处理用的淬火油目前尚无法完全代替。淬火时形成的油烟对作业场地和环境都有影响。目前在我国的企业都是直接抽风向室外排放,造成对大气的污染也是亟待解决的问题。
美国2020年热处理目标首先要实现零污染。
3.2 少无畸变
金属制件在热处理时的形状和尺寸变化是不可避免的,过大和不均匀的畸变会增加加工余量或使之报废。汽车变速箱齿轮热处理后一般不施行加工,畸变会使其失去互换性或增大间隙,增加车辆噪声。所以尽量减小畸变是许多热处理工作者终生努力的目标。
工件畸变主要发生在冷却阶段,尤其是在淬火冷却过程会形成最大程度的畸变。均匀的冷却、减小工件表面和心部的温差是减小畸变的主要措施,因此冷却介质和冷却方式的选择至关重要。近代淬火介质品种繁多,淬冷方式也是多种多样,可按冷速要求和畸变技术条件进行选择。循环搅动比静止的冷却能力大1～3倍。变向循环可提高冷却的均匀程度,等温和分级淬火可减少工件表面和心部温差,使相变接近同步,降低热应力和组织应力,至今仍是国际名牌汽车齿轮渗碳后淬火减小畸变的主要措施。
用调节喷雾参数对工件温度场变化施行模拟控制的控制冷却技术为减小简单形状工件的热处理畸变带来了希望。大型轴承套圈渗碳后在涌泉式油槽中施行热油的变向循环,工件左右移动的淬火方式可以代替在压床上的压力淬火。汽车齿轮低压渗碳后施行变向高压(2MPa)气淬,可使同步环齿轮畸变控制到非常狭窄的范围。复杂形状易畸变工件可在压床上施压淬火或淬火后利用回火余热在自动矫直机上矫直。
材料化学成分的均匀性和稳定性以及淬透性的保证可使工件淬火畸变保持稳定的规律,以便于规定确切的加工余量,采取可靠的少无畸变措施。
美国2020年热处理目标中提出,届时工件热处理要达到零畸变。
3.3 少无(质量)分散
由于材料化学成分、加热炉有效加热区温度的不一致,加热和冷却条件的差别和人为操作因素的影响会使同一炉次热处理件质量(硬度、组织、畸变、表面状态、渗层深度、渗入元素的表面浓度和沿渗层的浓度梯度)造成明显差异,或不同炉次产品质量的不可重复性。采用科学的管理和先进技术可以使这种差异降到最低程度。美国金属学会(ASM)和能源部于1997年组织的“热处理技术方针讨论会(HeatTreatingTechnologyRoadmapWorkshop)”的报告中提出,2020年的目标要使热处理工件的质量分散度降低到零。为逐步实现这个目标,设备的可靠性、工艺的先进性和稳定性、加热炉温度的均匀性,炉气的均匀循环,制件材料成分的合格与稳定、自动化生产和质量的在线控制可消除人为因素影响都是非常重要的课题。为此,加热炉在设计过程中采用炉内温度场,炉气循环路线,淬火剂的流动状况,工件和淬火剂的热交换,工件冷却过程中的温度场、应力场变化等的计算机模拟就显得十分重要了。在生产中的质量管理措施上采用统计过程控制(StatisticalProcessControl)可以把质量分散度逐步缩小至很狭小范围内。
科学的生产管理,ISO9000系列标准认证,原材料的进厂检验、热处理前后工序的配合与衔接,各项工艺标准和通用质量标准的贯彻也都和产品质量的分散度有密切关系。可见影响质量分散度的因素很多,必须从技术和管理上作为一种系统工程通过长期、细致和踏实的工作,才能在这方面逐步取得好的效果。
3.4 少无浪费(能源)
节能也是先进热处理技术主要特点之一。节能的热处理工艺是最有效的节能措施。把渗碳温度从930℃提高到1050℃可减少40%的工艺周期,在一般电阻炉中这种温度的提高受到发热体和耐热材料的限制很难实现,而在真空炉中低压渗碳在1050℃施行是轻而易举的事。以氮碳共渗、硫氮碳共渗和氧氮共渗代替渗碳和碳氮共渗可把工艺温度从850℃～930℃降到550℃～580℃,代替一般气体渗氮可把渗氮时间从30h～70h减少到1.5h～3h。利用锻后余热施行锻坯的调质淬火,可节约重新加热所需的热能,而且还能获得改善组织和性能的形变热处理功效。钢件热处理加热时间过于保守的计算必须改变。碳钢和低合金钢施行零保温加热和不均匀奥氏体淬火和加热到F+A两相区的不完全淬火都是可行的。
加热设备的节能潜力很大,连续式加热炉比周期式炉节能。4种炉型能源利用率的排序(从大到小)是:振底式炉、井式炉、箱形炉和输送带式炉。燃烧炉必须采用高效换热器预热空气,并合理控制燃烧系数(α)在111～113范围内。推广具有蜂窝式蓄热周期横向燃烧的烧嘴和辐射管都是很好的设备节能措施。
日本东京热处理(现为同和矿业)20年前的一条节能的渗碳、淬火、清洗回火推杆式生产线,把前清洗改为燃烧脱脂,脱脂废气热量可用做回火炉部分热源,渗碳炉排出的气氛可用做脱脂炉和碱液清洗槽以及淬火油的加热,各种废热综合利用的结果可节约40%的燃料费用。炉子散热量的大小和其外表面积有很大关系,圆形截面炉比矩形截面炉表面积小约14%,外壁温度降低10℃,使通过炉壁散热量减少20%。目前日本的密封多用炉和推杆连续式炉都改为圆形截面。
美国ASM提出的2020年热处理目标中热处理的能源利用率届时要普遍提高到80%。
3.5 少无氧化
绝大多数金属在空气中加热时的氧化会造成金属的大量损耗,也会破坏制件的表面状态和加工精度。少无氧化加热也是近代先进热处理技术发展的主要标志之一。
属于少无氧化热处理范畴的技术包括气氛、真空、感应、流态床、盐浴、激光、电子束、涂层、包装热处理和燃烧炉火焰的还原性调节。在惰性、中性气氛和多组元可控气氛中加热的气氛热处理仍是当前最广泛应用的无氧化加热方法。在惰性(Ar、He)和中性(N2)气体中实现完全的无氧化加热必须对气体施行干燥、把露点降到-60℃以下。在H2-H2O、CO-CO2、N2-H2-CO-CO2-H2O混合气氛中加热必须使H2/H2O、CO/CO2比值控制到一定程度,使气氛在给定温度下具有还原性才能实现无氧化。近30年来,由于燃料价格的上涨,用碳分子筛的变压吸附空分制氮和薄膜分离制氮法的开发,氮基气氛得到推广,由气体公司供应的液氮蒸发也得到广泛应用。由纯氮和甲醇裂解气体混合的合成气氛部分代替了用天然气或丙烷制备的吸热式气氛。往炉中通单一的气态氮,对其纯度要求很高(>99199%),而且必须在有不锈钢炉罐条件下才能实现钢的无氧化加热。通常生产中可用9918%的普氮再往炉中滴入一定量的甲醇,靠甲醇裂解后的H2和CO可除去氮气中的残留氧。近几年由于甲醇的大量使用,美国1995年的甲醇价格是1994年价格的215倍,使N2+甲醇气氛的制备成本比1994年增加100%,是用天然气制备吸热式气氛的215倍。因此在天然气供应充足的前提下,使用放热式和吸热式气氛是最经济的无氧化加热方式。
金属材料在热壁式真空炉中施行无氧化退火已有近百年历史。在有水冷夹层炉壳的冷壁式真空炉中进行无氧化退火、淬火、回火、钎焊、烧结等处理只有将近40年的历史。把炉子抽空到0.1Pa的真空度、即可实现大多数金属的无氧化加热。为了提高金属在炉中的加热速度,往往在抽真空后再往其中通入约0.8×105Pa的惰性或中性气体。从这一层意义上真空和气氛加热有一定的共同之处。近代发展最快的是各种真空热处理设备。当前真空热处理设备有单室、双室、三室、多室、油淬、气淬、油气淬两用、高压气淬、低压渗碳高压气淬炉、多室低压渗碳和高压气淬半连续式生产线。类似气体渗碳多用炉生产线的低压渗碳、高压气淬、回火的柔性生产线等。目前由于设备相对昂贵,一次投入过大,另外适于大批量生产的真空热处理设备尚待完善,目前还不能说真空热处理在很大程度上会取代气氛热处理。
感应热处理由于加热迅速氧化不严重,应属少无氧化技术范畴。一些不允许有任何氧化的工件甚至在感应加热时也必须施行气氛保护。目前日本电子工业(株)热处理已开发出类似技术。在流动粒子炉和正常脱氧的盐浴中加热也都可以实现少无氧化效果。在单件小批量生产条件或大型工件加热而又缺乏气氛炉设备时可使用涂料或不锈钢箔包装后在空气中加热。
3.6 少无脱碳
钢件在空气和氧化性气体(CO2、H2O)中加热时,氧化的同时还伴随着表面含碳量的降低,即表层脱碳。脱碳的工件淬火后表面硬度低,不耐磨,且表面易形成张应力,对抗疲劳性不利。少无脱碳加热的工艺方法与少无氧化基本相同,但对工艺条件的要求比少无氧化严格。少无脱碳保护气体只具有还原性还不够,尚应有一定碳势。对于多组元混合气氛CO-CO2、N2-CO-CO2-H2-H2O,为避免脱碳必须使炉气碳势和钢表面含碳量相适应。因此,中高碳钢的无脱碳加热必须对炉气施行碳势控制。按此道理,已脱碳的钢件在相应碳势的气氛中加热还可以恢复到原来的含碳量,此工艺过程被称为复碳。钢件在真空中加热时,如果真空度能保证不氧化,也就不会脱碳。但在含水的惰性气体或中性气体中加热时,要想完全不脱碳对其中含水量的要求更为严格。流动粒子炉、盐浴、涂层和包装后加热都有少无脱碳效果。感应加热虽有轻微变化,但不会有明显脱碳。
3.7 少无废品
从零件的设计、材料的选择、材料质量的保证、加工过程和工艺路线的确定,用数据库和专家决策系统优选工艺和设备、设备可靠性的保证、工艺参数和产品质量的在线控制、无损自动质量检测系统来完成全部加工和热处理生产过程,实现产品质量的全面质量控制,使100%产品合格已不是一种梦想。严格的管理、高超的工艺、可靠的设备、精确的传感器、精密控制的成套系统工程是实现无废品生产的充分保证。
3.8 少无人工
热处理的人工操作是一种恶劣环境下的繁重体力劳动。目前一些发达国家已感到招收热处理操作工的困难。人工操作还会造成因人而异的产品质量波动。
当然,过多使用人工也会增加生产成本。因此,在可以组织批量生产前提下尽快实现自动化生产和无人作业已不是对未来热处理的憧憬,在一些发达国家的现代化企业已可以目睹这一制造技术的奇迹。但我们必须端正一个认识,无人作业决不意味着无人监控。当然,实现这一“奢望”,也必须有充足的技术、管理和人才素质上的保证。诸如能源电力连续正常的供应、高可靠无故障的设备、健全的定期维修制度、可靠的控制系统、事故的及时报警,运转过程的远程控制、故障的自动诊断和排除等条件缺一不可。在任何一个环节上的失误都会造成严重甚至灾难性后果。另外任何先进的装备、不光是要买得起、还必须要用得精。一定要接受过去有的企业花大价钱引进的自动生产线,由于不会用而睡大觉,甚至拆开单机使用的教训。无人作业生产线只能是一个国家到一定的发达程度,一个企业发展到相当先进水平的自然产物。
4 热处理生产技术改造的途径
我国的国营企业和专营热处理加工的民营企业要想在激烈的竞争中谋求发展,必须首先持续开展生产技术的革新改造。技术改造的第一行动应该是更新设备(renovationoffacilities),因为设备是先进工艺的载体;其次是提高企业职工的管理和技术水平以及操作技能,积极开展再教育和培训(reeducationofpersonals);最后是提高企业的自行开发能力,不断进行新技术的研究开发(R&Dofnewtechnologies)。归纳起来,就是要在这3个R上下一番功夫。
4.1 设备更新
近20年来,通过技术引进和消化吸收,汽车、航空、兵器、机械基础件行业的热处理有了很大进步。引进了许多先进的设备和工艺,生产技术顷刻上了一个高台阶,但是大多数机械制造厂的热处理生产条件仍然简陋,工艺落后,人工操作比重大,役龄在40年以上的设备占80%以上。这些设备能耗大,工艺老,温差大,故障率高,机械化程度低。使用这种设备很难制造出优质产品。因此可以说,为保持企业核心竞争力,以更新设备为主要措施的生产技术改造势在必行。
更新设备的主要出发点应该是可靠性高、节能、温度均匀度高、自动化程度高,性能价格比高。当前国产热处理设备虽然便宜,但在能耗、温度均匀性、自动化程度等质量上离国际名牌产品有较大差距,尤其是可靠性,即服役期间的故障率差距最大。许多用户宁可花大价钱购买进口、境内独资、合资企业产品。因此,设备制造厂必须认清形势、认真向别人学习、掌握市场动向和技术发展方向,强化对引进技术的消化吸收,迅速提高自行开发能力。在新设备设计制造过程中采用优质配套元器件、仪表;首先使国产设备在可靠性上有一个大的突破,才有可能在即将到来和某些领域已经到来的技改高潮中崭露头角,才有可能在就要到来的更激烈的市场竞争中免受灭顶之灾。
热处理民营中小企业的兴起也对热处理设备有大量需求。从去年开始,已有明显迹象,即使制造常规设备的企业,也开始有了较好的销售业绩。但是我们绝不能被这些表面现象迷惑。不少中小企业已充分认识到在生产技术上的高起点,采用先进设备的重要性,他们也有充足的资金买得起先进的设备。为了抢占模具加工市场,华南和华东沿海一带稍具规模的热处理加工企业都争先恐后购买0.6MPa(6bar)以上的真空加热高压气淬炉。汽车、摩托车工业的兴起,渗碳、淬火、清洗、回火多用炉生产线和气体氮碳共渗炉生产线的需求会进一步增大。设备制造厂要抓住这一有利时机,向蜂拥而起的热处理中小企业提供优质、可靠、先进的、符合他们高技术起点要求的热处理工艺装备。
4.2 知识和技能的再教育
科技进步日新月异,企业的技术改造在不断进行,对企业的管理干部、技术人员和操作工人的素质、知识和技能都提出了更高的要求。在我国实行市场经济体制,尤其是加入WTO之后,不少国营企业和大多数民营、股份制企业领导人缺乏对市场经济规律、国际贸易规则和采购渠道的知识,不少人尚未进入科学管理现代企业的角色。工厂技术人员知识老化突出,对于引进的先进设备和工艺,尤其是计算机模拟和控制以及CAD、CAM技术相当生疏,以致常常不能发挥先进设备的所有功能。操作工人大多未经技术培训,更做不到持证上岗,部分老工人靠已有的应知应会知识和技能已不能应对现在的生产技术。他们许多人已认识到这方面的缺憾,迫切要求尽快改变现状。
职工整体素质是企业核心竞争力的首要条件。提高整体素质就是要倡导企业职工养成继续教育和终身学习的风气,培养技术、经营、管理、操作技能等方面人才,建立掌握现代技术,具有自行开发能力和熟练操作技能的职工队伍。学会和协会等行业团体应在这方面发挥主要作用。
4.3 不断提高新技术开发能力
企业产品的市场竞争,归根结底可以说是人的能力和素质高低之争。在我国加入WTO之前,我国的企业就已经显示出这方面的明显弱点。其主要表现是由于企业领导人和技术人员缺乏知识更新,或更新缓慢而形成新产品和新技术开发能力薄弱的状况。由于知识产权观念的淡薄和不具备独立开发能力,造成在消化吸收引进技术时的盲目抄袭。一方面侵权是违法行为,会影响国家、企业和个人声誉,削弱国际投资者在华投资的积极性;另一方面,不进行任何调查分析的盲目抄袭也会形成抄袭落后,或延续别人已有缺陷的后果。另外,对设备制造厂家来说,当前和今后用户的要求和产品使用水平在不断提高,使每台产品的订货都附带许多特殊技术条件。这就要求制造厂家不断修改设计、或完全重新设计。也就是说厂家进行的都是非标产品的生产。按过去计划经济时期的概念,就是生产在不断开发新产品过程中进行的,而且这种开发与生产,必须尽可能一次成功,否则就会明显地提高制造成本和产品价格,难于参加市场竞争。这就要求企业领导高瞻远瞩,勇于在人员的知识更新上投资,使企业技术人员建立强烈的知识更新愿望,首先接受技术开发基本功训练,其次要关心国内外市场需求和技术开发动态,通过持续的调查分析,掌握国外名牌产品名方面的优点,不断吸取别人之长,才能迅速提高独立开发能力,生产出国际顶尖产品,而且能做到一次成功。当然,企业在提高自己的开发能力的同时,接受科研院所和大专院校成熟技术的转让并在培养人员、共同开发上建立产、学、研的密切关系,建立坚强的技术开发后盾,也是提高开发能力的很重要的方面。