金屬材料熱處理節能新技術的運用研究

鄭 玲

（達州職業技術學院機械系，四川 達州 635001）

0 引言

當下，為建設資源節約型、環境友好型社會，金屬材料熱處理工藝必須符合污染小、能耗低等要求，這就使得金屬材料熱處理行業在保證產品質量的同時要將節能減排作為重點。而筆者認為，新技術革新是實現這一目標最重要的手段。

1 金屬材料熱處理節能生產現狀及問題

我國機械制造行業的迅速發展充分帶動了國內生產總值的增長。金屬材料熱處理行業也在此帶動下呈現井噴式發展，各省份都涌現出一大批各種各樣的熱處理廠。據有關部門不完全統計，在我國各類金屬熱處理廠就有16000多家，從業人員近400000之眾。金屬熱處理是一項耗能十分嚴重的工藝，約占我國整個能耗的25%，同時也占我國工業總能耗的60%。然而在相同的能耗下，國外一些發達國家的產量卻是我國的6倍左右。而就目前情況來看，約有超過70%的金屬熱處理廠家沒有應用合理的節能技術，管理混亂無序，技術改造落后。我國金屬材料熱處理行業主要存在以下問題：

1.1 高耗損，低產出，能源利用率低

早在20世紀70年代，日本、歐洲等一些發達國家和地區在金屬熱處理能耗上已降到350kW·h/t以下，而同時期我國卻是人家的3～4倍。進入21世紀以來，才逐漸下降到600kW·h/t左右。

1.2 金屬熱處理設備陳舊，工藝技術落后

在一些比較大型的國有金屬熱處理廠，由于技術限制，節能措施不到位，導致能源利用率偏低。而對于一些小型私人企業，不僅設備陳舊，技術落后，資金也很難到位，常使用一些淘汰設備，質量無法得到保證，對環境污染也十分嚴重，更談不上節能。

1.3 產品達標率低，常多次處理

由于各個金屬熱處理廠設備陳舊，技術落后，這就導致產品達標率很低，一些產品返修率甚至高達20%，有的要經過多次處理才能夠達標。這樣重復處理無疑是對能源的極大浪費，更別說實現節能。

1.4 專業熱處理技術人才缺乏

早在20世紀90年代，該問題就已十分突出，截止目前還未得到有效解決。而隨著社會進一步發展，專業熱處理技術人員青黃不接，很多高校又紛紛取消該專業。筆者認為再過幾年該問題將會更加突出。因為隨著國有企業熱處理技術人才老化，一些新興私人熱處理企業的開辦都將直接導致該專業技術人才需求的增加。雖然市場上存在很多與熱處理專業相接近的專業，但本質上來說還是存有一定差別，很難培養出高素質、高水平的熱處理專業人才。再加之人才大量涌向沿海城市，內陸一些金屬熱處理廠很難招到合適人才。

2 金屬材料熱處理節能新技術的應用

根據以上分析，可以看出在我國金屬材料熱處理存在很多問題，無論是技術落后還是設備陳舊，都將直接導致能源利用率十分低下，能耗過大，這就使得資源浪費嚴重。就目前情況而言，筆者認為要想在我國實現金屬材料熱處理節能的目的，就應該從以下新技術方面尋找突破口。

2.1 化學熱處理技術

所謂化學熱處理技術，簡單來說就是經過化學處理來降低金屬材料表面涂層厚度，一方面避免過厚涂層對金屬材料性能的影響；另一方面，降低材料涂層厚度，加熱時間就會大大縮短，自然能耗就會減少。大量實踐證明，如果金屬材料表面滲碳層減少30%，就可節省用電30%以上，進一步就能節省煤或石油等燃料50%以上，節能效果十分明顯。同時，由于化學熱處理對金屬材料本身性質破壞較輕，則由該材料制成的構建壽命也將大大增加，對環境污染也較輕，可謂一舉多得。

2.2 采用真空熱處理技術

在技術和條件成熟的情況下，如果將金屬材料構件熱處理工藝放在真空中進行，不僅可以實現低壓滲碳等金屬材料表面處理工藝，而且可以在表面處理工藝結束后直接進行高壓氣淬，這樣一來就可大大減少金屬材料熱處理工作時間，進一步就可降低能源消耗，實現節能目的。以目前技術來說，絕對真空是無法做到的，金屬材料真空熱處理技術一般在低于10Pa的環境中就可達到理想的效果。在該環境下，金屬材料表面處理工藝對金屬性能影響也相對較小，同時也避免了材料變形、產生氣孔等問題，是比較理想的高清潔度、高柔性金屬材料熱處理方法。該方法已在一些材料熱處理工藝中得到應用，并取得了比較好的效果。在國外有20%左右熱處理設備采用真空設備，而我國目前為止真空熱處理設備在整個熱處理設備中所占比重還不到5%，可見該技術在我國有著非常大的發展空間和潛力。同時國外真空熱處理技術發展已有近50年歷史，無論在生產真空熱處理設備還是真空熱處理技術運用上都遠遠高于我國。我國金屬材料真空熱處理技術的發展到推廣，還有很長的路要走。但展望未來，金屬材料熱處理工藝、真空熱處理技術必須進一步推廣應用，這樣無論對產品性能還是節約能耗都將是一次重大突破。

2.3 采用激光熱處理技術

隨著科技進步，激光技術得到了前所未有的發展，而將其運用在金屬材料熱處理工藝則是最近今年比較新興的技術。激光熱處理是利用激光本身所含有的高能量密度，當照射在金屬材料表面時，可以使金屬表面所含能量在100～100000kW/cm2。如此高的能量密度，足以滿足金屬材料熱處理所需。同時，激光熱處理還具有升降溫快、不需要對材料進行淬火預熱等特點，這使它在金屬材料熱處理節能工藝中也被很好地應用。經過激光熱處理的金屬材料也省去了后續機械加工工序，節能效果更加顯著。

2.4 采用振動時效處理技術

當金屬材料進行熱處理后，由于工藝和環境條件制約，難免會在金屬材料內部留下微小裂紋、熱殘余應力等缺陷，如果不進行正確處理，輕則影響金屬材料在使用過程中的壽命，重則使該材料損傷乃至不合格，需重新進行加工處理，造成資源浪費，無法達到節能目的。而振動時效處理技術就是針對這一問題，消除金屬材料在熱處理過程中產生的熱殘余應力等缺陷，從而避免重復熱處理，實現節能。一般情況下，振動時效處理技術可以直接節省電能20%左右，進而節省燃料資源40%左右。

2.5 改善熱處理設備材料，提高能源循環利用

目前，我國絕大多數熱處理廠使用的熱處理設備材料均是普通材料，這樣的材料不僅導熱性能差，保溫隔熱性能更是無法保障。這就要消耗更多能量來維持金屬材料熱處理工序，必然導致了不必要能耗。如果采用陶瓷纖維等隔熱和保溫性能良好的材料來代替普通材料，在節能方面一定可以取得比較好的效果。同時在廢熱處理上，傳統熱處理工藝并沒有將其很好地利用，而是直接排放到外部環境。如果用換熱管等裝置將其回收利用，用來對爐子進行預熱，那么將會大大提高能源利用率，從而達到節能的目的。

3 結語

實現金屬材料熱處理行業節能目標是當下我國機械制造加工行業亟需解決的問題。本文總結了金屬材料熱處理工藝中各種新興工藝，旨在為金屬材料熱處理行業節能目標探索改進方案。

［1］廖波，肖福仁.熱處理節能與環保技術進展［J］.金屬熱處理，2009（1）：1～6

［2］黃春峰.金屬熱處理節能技術及其研究進展［J］.航空制造技術，2008（5）：77～80

［3］江利，閆非，汪劍.我國熱處理能源結構分析［J］.熱處理，2008，23（6）：32～37

［4］宋寶敬.信息化建設促進熱處理企業快速健康發展［J］.金屬熱處理，2009，5（34）：118