基于金屬材料熱處理節能新技術應用的分析

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720095

摘要：目前，我國對金屬材料的熱處理存在能耗高、污染大的現狀，在技術水平上有著很大的提升空間。本文從我國的金屬材料熱處理現狀出發，提出化學熱處理、真空熱處理、激光熱處理、振動時效熱處理和超硬涂層熱處理五項節能新技術，并探索這五項節能新技術的具體應用。

關鍵詞：金屬材料；熱處理技術；節能技術

隨著社會總體生活水平的提高，人們對環境質量的要求也越來越高，如何降低金屬材料熱處理的能耗，實現節能減排，減小對環境的污染，是目前機械工業所面臨的重大課題。熱處理技術在節能方面有著巨大的潛力，開發熱處理節能新技術，研究其在生產工作中的應用，對于建立生態環保型社會、實現企業的可持續發展有著重大意義。

1 我國金屬材料熱處理生產現狀

近年來，隨著我國對經濟建設的愈發重視，機械制造業正在飛速發展，而機械制造業的發展也帶動了金屬材料熱處理行業。目前，我國絕大部分地區的金屬材料熱處理行業都已經發展起來，其規模也在不斷地壯大，據有關部門統計，我國目前有著大概16000家金屬熱處理廠，廠內的從業人員將近40萬人。眾所周知，金屬行業的能源消耗十分嚴重，尤其是金屬熱處理工藝，其耗能約占我國整個能耗總量的四分之一。但是在同樣的耗能情況下，國外的一些發達國家在這一行業的總產量卻是我國的六倍左右。造成這一結果的原因有很多，例如在節能方面，我國沒有采用節能技術的金屬熱處理廠大約超過了70%，其技術相對較為落后，尤其是一些大型的國有金屬熱處理廠，這些廠家由于受到技術和資金的限制，沒有采用科學有效的節能措施，廠內的設備陳舊，產品達標率很低，一些產品的返修率更是超過了20%，有些產品在達標之前要經過多次處理，極大地浪費了資源，更別說實現節能。還有的廠家為了節約成本，經常使用一些已經被淘汰的設備，不僅質量無法得到保證，更嚴重的污染了周邊的自然環境。而且隨著社會的發展，很多高校都陸續取消了金屬熱處理專業，導致國內的專業熱處理技術人員數量減少，出現了青黃不接的現狀。

2 金屬材料熱處理節能新技術的應用

2.1 化學熱處理技術

傳統的熱處理技術由于其過長的加熱時間，導致其耗電和污染情況都非常嚴重，這種情況下，采用化學熱處理薄層滲入技術能很好地起到節能效果。由于該技術能用化學方法降低金屬材料的涂層厚度，所以會大幅度縮減加熱時間，從而減少耗能。實踐證明，如果能將金屬材料表面滲碳層的厚度減少30%，則可節約30%以上的用電量，從而節省石油、煤等燃料大約50%。以我國的鋼球產業為例，其生產過程中就廣泛地采用了薄層滲碳技術，在鋼球的生產期間，甲醇和煤油的消耗量減少了52%以上，這不僅提高了鋼球的生產效率，也使鋼球的使用壽命增加了一倍，在起到環保效果的同時，又為企業減少了支出的成本。

2.2 真空熱處理技術

在機械制造過程中，真空熱處理技術已經成為了一項受到廣泛信賴的新型節能技術，且廣泛應用在了金屬的熱加工過程中。該技術的優點是使用了無氧處理介質，其處理滲碳零件不會出現內部氧化的現象。此技術有著極高的滲碳溫度以及很短的產品生產周期，其排放的廢氣量得到了大幅的減少，省去了很多高排放設備的使用，工作人員不需要持續地保持爐內的溫度，從而減少了電能的消耗，使設備的利用率達到最高，從而實現節能減排的目的。推廣高壓氣淬技術、開發新型的真空氣淬爐，是熱處理節能技術的未來發展方向。

2.3 激光熱處理技術

隨著科技的進步，激光技術正在高速發展當中，將激光技術運用到金屬材料熱處理領域是近幾年新興的工藝。激光熱處理技術，就是將激光本身所含的高密度能量照射在金屬材料的表層，使金屬表層所含有的能量密度處于100～100000kW/cm2。在這樣高的能量密度區間內，可以滿足所有種類金屬材料熱處理的需求。同時，激光熱處理技術由于其升降溫速度快的優點，在熱處理時不需要對金屬材料進行淬火預熱等工序，且經過激光熱處理的材料也不需要進行后續機械加工，其節能效果非常顯著。

2.4 熱處理的振動時效處理技術

為了消除金屬材料在熱處理過程中所產生的熱殘余應力，保證產品尺寸和質量達到預期要求，避免重復熱處理的發生，可以采用熱處理的振動時效處理技術。例如一些小型的金屬熱處理廠，由于受到廠內工藝水平和環境條件的影響，工作中經常會在金屬材料的內部留下一些微小的裂紋和熱殘余應力，這些問題輕則影響金屬材料的使用壽命，重則導致材料損傷甚至不合格，需重新加工處理，造成資源浪費。這種情況下，廠家可以采用振動時效處理技術對這些問題進行解決。利用這一技術所消耗的電能，與傳統技術相比減少了約40%，而處理后的金屬韌性則提高了將近35%，完美擴大了企業的利潤空間。

2.5 熱處理的超硬涂層技術

在機械制造業中，需要大量加工所需的工具零件，為了延長這些工具零件的使用壽命，減少熱處理所需的時間，實現高效低耗、節能環保的生產目標，廠家可以在加工過程中使用超硬涂層技術。該技術的具體操作是，通過離子轟擊、化學熱處理等方式，在生產中將刀具和模具的表面進行沉積和硬化，然后再通過濺射的方式處理2μmTiN，其全程實現了電腦的自動監控。加熱源產生根本變化，是這項技術的關鍵要素，在提高產品質量的同時，又實現了生產過程的自動化。

3 總結

綜上所述，金屬材料的熱處理技術的先進水平程度決定了機械產品的質量，而熱處理技術的節能水平對于實現節能減排、經濟環保等目標更是影響重大。將金屬材料熱處理節能新技術廣泛應用到生產工作中，會有效的提高金屬材料的質量，增加材料的使用年限。筆者希望本文提出的五種熱處理新興技術能為金屬行業節能目標的改進起到借鑒作用。

參考文獻：

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作者簡介：劉亞光（1966），男，赤峰市人，本科，中級（工程師），專業：金屬材料與熱處理，研究方向：制造業方面。