金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)新探

王春艷（天津市禾厘油氣技術(shù)有限公司 天津市300451）

引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，現(xiàn)代制造技術(shù)也得以飛速發(fā)展。在現(xiàn)代制造技術(shù)當中，金屬材料尤其受到重視，特別是對鋼鐵材料的熱處理。 由于制造技術(shù)的先進性是產(chǎn)品競爭能力的保證，而熱處理技術(shù)的先進程度則是保證機械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1]。但對金屬材料的熱處理能耗較高，污染較大，對我國目前建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會十分不利。 因此，探討如何實現(xiàn)金屬材料熱處理過程中的節(jié)能減排、 增效工作是機械工業(yè)所面臨的巨大問題。 在金屬材料熱處理的管理和技術(shù)上，都有很大的節(jié)能潛力有待挖掘， 這對熱處理節(jié)能技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用有著十分重要的意義，還能有效提高材料的性能水平及使用壽命，對企業(yè)及社會的可持續(xù)發(fā)展都大有裨益[2]。

一、我國金屬材料熱處理現(xiàn)狀分析

隨著我國機械制造業(yè)的飛速發(fā)展， 熱處理行業(yè)也有著十足的進步， 這也充分帶動了我國GDP 的快速增長。 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域存在著各類的熱處理專業(yè)廠、設(shè)備制造廠、工藝生產(chǎn)廠等。 但正因為如此， 熱處理行業(yè)的能耗也是十分巨大的。 根據(jù)資料顯示，我國目前熱處理的年耗電量約為100 億度。 而在相同能耗的情況下，國外發(fā)達國家的產(chǎn)量卻是我國的6 倍左右[3]。 在我國目前約有70%的金屬熱處理廠家都沒有合理的采用節(jié)能技術(shù)，管理較為混亂，主要存在以下幾個問題：

（1）能源利用率低。 我國在金屬熱處理上的能耗遠高于發(fā)達國家，早在20 世紀70 年代，歐美等發(fā)達國家的金屬熱處理能耗就已降為350 kW·h/t，而同期我國的能耗卻是他們的3～4 倍。

（2）設(shè)備陳舊，工藝落后。 在我國現(xiàn)有的國企金屬熱處理廠，由于設(shè)備較為老舊，技術(shù)工藝相對落后，節(jié)能措施不能得到很好地貫徹，從而導致其能源利用率偏低。 而對于小型企業(yè)，在設(shè)備、技術(shù)無法跟上時代的同時，資金也難以保障，只能采用某些淘汰設(shè)備，對環(huán)境的污染十分嚴重。

（3）產(chǎn)品達標率較低。 由于設(shè)備及工藝技術(shù)的落后，導致金屬材料熱處理的成品率較低， 對某些產(chǎn)品的返修率甚至高達20%，需經(jīng)過多次處理方能達標，這無疑是對能源的巨大浪費。

（4）缺乏技術(shù)人才。 在我國，工業(yè)技術(shù)型人才并未受到社會的廣泛重視，由于就業(yè)前景并不理想，很多高校紛紛取消這類專業(yè)，導致熱處理技術(shù)人才的缺失。 因此，很多金屬熱處理廠只能退而求其次，選擇專業(yè)接近的技術(shù)人才，但由于專業(yè)本質(zhì)存在差別，導致他們在工作中并不能完全發(fā)揮自己的才干，也無法正確指導熱處理技術(shù)。

二、金屬材料熱處理新技術(shù)的應(yīng)用

1、化學熱處理技術(shù)

化學熱處理技術(shù)使通過對金屬材料進行化學處理來降低表面涂層的厚度， 這不僅可以避免涂層過厚對金屬材料性能的影響，也可以縮短金屬加熱時間，有效降低能耗。 同時，由于化學熱處理對金屬本身的性能幾乎不產(chǎn)生破壞， 因此不會影響材料的使用壽命。

2、超硬涂層技術(shù)

由于在機械制造中，需要大量的工具零件，因此在加工過程中采用超硬涂層技術(shù)，則可實現(xiàn)節(jié)能的目標。 具體方法是通過離子轟擊金屬表面，在刀具和橫具的加工中進行表面沉積硬化，這樣可以延長材料的使用壽命。 同時，在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)自動化，全程由電腦控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了高效、節(jié)能生產(chǎn)的目標。

3、熱處理CAD技術(shù)

熱處理CAD 技術(shù)是應(yīng)用電腦模擬來研究和設(shè)計熱處理工藝，通過電腦模擬，可有效控制熱處理中的噴淋、淬火、噴霧冷卻等技術(shù)，加快滲碳過程，減少廢氣排量，通過對其進行三維溫度場的計算來進行熱處理設(shè)計， 選取合適的材料， 應(yīng)用新型的結(jié)構(gòu)， 并對熱處理的余熱進行回收和再利用， 起到節(jié)能降耗的目的。

4、真空熱處理技術(shù)

若將金屬材料構(gòu)件的熱處理工藝在真空中進行， 則可實現(xiàn)低壓滲碳，同時在表面處理工藝結(jié)束后可以直接進行高壓氣淬，從而有效減少熱處理時間，降低廢氣排放量，進一步降低能耗。由于絕對的真空實現(xiàn)難度較大， 因此對金屬材料的真空熱處理一般在低于10Pa 的環(huán)境中展開。 再次情況下，對金屬的性能影響較小，避免了材料表現(xiàn)、氣孔等問題。

5、激光熱處理技術(shù)

近年來，激光技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，將其運用于金屬材料的熱處理工藝則是較為新興的技術(shù)。 利用高功率密度的激光束照射在金屬材料表面，可以改變金屬的表面特性，進行硬化和合金化處理，產(chǎn)生表面淬火無法達到的表面性質(zhì)。 此外，利用激光熱處理技術(shù)還能加快升降溫過程，無需對材料進行淬火，能起到很好地節(jié)能效果。

6、振動時效處理技術(shù)

在對金屬材料熱處理后，由于工藝和環(huán)境等原因，不可避免的會在金屬材料內(nèi)部留下裂紋或殘余應(yīng)力等缺陷， 這將對材料的性能及使用壽命產(chǎn)生影響。 為修復這種缺陷，往往需要進行重新加工，這將造成能源的浪費。 而采用振動時效處理技術(shù)則可以消除金屬材料熱處理中的熱應(yīng)力殘余，有效節(jié)約了能耗。

三、結(jié)語

為實現(xiàn)我國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，在我國機械制造行業(yè)，需對金屬材料的熱處理技術(shù)實行節(jié)能降耗手段。 通過上述的分析可知， 金屬材料的熱處理節(jié)能技術(shù)是一項復雜而繁瑣的工作，但通過這些新技術(shù)，可有效節(jié)約能耗，降低廢氣的排放量，從而提高經(jīng)濟效益，起到保護環(huán)境的目的。 隨著金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的廣泛運用， 可以看出我國的熱處理節(jié)能技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，以優(yōu)質(zhì)、高效以及清潔、低耗的為目標，逐漸將我國的熱處理產(chǎn)業(yè)提到新的高度，真正做到可持續(xù)發(fā)展。

[1]馮小波, 劉小麗. 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導報，2010,14∶30.

[2]葛欣. 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2011,11∶81－82.

[3]鄭玲. 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運用研究[J].機電信息, 2013,6∶89－91.