金屬材料熱處理的節能工藝探究

朱玉鎖，孫路陽

（黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱 150022）

金屬制造業是我國傳統工業制造領域非常重要的組成部分。而金屬材料的熱處理過程是金屬制造過程的重中之重。但是，傳統的金屬材料熱處理過程卻存在著能源耗費巨大與環境污染嚴重等方面的問題。近年來，隨著社會與企業對環境保護觀念的不斷提升，對金屬熱處理過程中如何進行節能處理漸漸成為了金屬冶煉行業的關注重點。通常情況來說，金屬熱處理過程中會耗費大量的能量，而且可能會導致環境污染問題。《熱處理行業“十二五”發展規劃》中指出，金屬及相關行業的總體節能目標是百分之十。因此，本文對金屬熱處理過程中的節能工藝的探究十分具有應用價值。

1 金屬熱處理節能工藝現狀

金屬材料的熱處理技術隨著我國金屬制造業的飛速發展也有了快速進步，同時在過程中的需要耗費的能量也隨之不斷提高，為了減少耗能與環境污染，在熱處理過程中必須要采取合適的節能技術。但是由于現在中小金屬制造業生產設備較為簡陋，導致效率較低，主要表現在以下幾點：

（1）在金屬熱處理過程中，首要面對的問題就是能量耗損較高，相對應的就需要處理技術與節能工藝能夠減少能量耗損。現在大多數企業相關處理設備比較陳舊，且在過程中使用的生產工藝也較為原始，這些不足造成了節能效率難以大幅度提高。與此同時，陳舊的設備由于廠家并沒有充足的資金來進行革新換代，很多難以避免損壞等問題，在這個過程中又會造成環境的污染。因此，根據數據統計，我國在熱處理方面的節能效率與能量耗損相較技術發達國家仍存在不小差距，比之美國、德國都要高出幾倍。由于處理設備和節能工藝的不成熟，金屬材料成品的質量也難以得到保證，很大一部分日后要進行返修，這在一定程度上也降低了達標率，同時返修時也會耗費大量的人力物力成本，在這些過程中會造成資源的極大浪費。

（2）金屬企業在熱處理過程中的節能技術在近幾年來才被國家和企業所重視，大部分企業所沿用的還是之前傳統陳舊的熱處理與節能工藝，而傳統的工藝在生產過程中能量耗損較高，且理念相對比較落后，所以會導致大量的能源被白白浪費。在節能工藝的更新換代方面，我國由于體量過于龐大，難以達到統一步調。因此生產工藝方面明顯處于落后狀態。很多中小型金屬制造企業在熱處理節能技術方面缺乏新型技術與工藝支持，所生產的產品自然也就不能達到國家的要求。這些問題同時也會導致在海外市場與用戶上受到限制，不利于金屬制造企業的貨物出口與海外貿易。

（3）我國服務產業的興起，對傳統機械制造行業造成了極大沖擊。而金屬制造業在機械制造行業扮演了重要的角色，自然首當其沖地受到影響。具體表現在相關的行業專業技術人員大量缺失。企業對于此類技術人員重視程度普遍不高，當前高等教育院校相關的專業課程也開設較少，這導致了金屬熱處理技術方面，沒有專業的技術研究人員，因此無法及時更新節能技術與節能理念。因此無法針對企業熱處理過程中存在的節能問題給出自己的建議，導致生產工藝滯后發展，能源耗損與環境污染問題持續存在。

2 金屬熱處理新型節能工藝

上文已經針對現在金屬熱處理企業中節能工藝現狀和不足進行了分析，而隨著節能工藝近年來漸漸受到國家與企業的重視，新型的節能工藝也逐漸產生并得以應用。出于對環境保護與節能的考慮，下面，我們針對一些新型節能工藝進行分析與探究，從而歸納金屬制造產業接下來應該做的工作。常見的新型節能工藝有以下幾種。

2.1 化學熱處理技術

該技術也稱化學熱處理薄層注入技術，這種技術打破了之前人們認為化學處理過程對表面的注入元素越深入，其質量也就越高的錯誤認識。根據研究結果表明，金屬表層所注入的元素非但不會提高其成型器件的質量，反而會降低其韌性與強度。同時成型產品的質量與新能也會大大降低[4]。同時傳統的注入方式過程一直需要高溫加熱，能源耗損會變得更大，成本也會更高。所以，誕生了化學熱處理薄層注入技術，該技術的引入可以大大減少傳統化學熱處理過程中產生的各種問題。并且煤炭煤油等用于熱處理注入過程的燃燒能源用量也會隨著這種技術的引入得以減少。化學熱處理薄層注入技術不僅減少了熱處理過程中能源的損耗，且減少了排放在空氣中的污染氣體，對環境保護方面也是一項重大節能技術改革。

2.2 激光處理技術

激光處理技術指的是在金屬熱處理過程中，使用極高能量的激光對金屬表層進行持續照射，以此處理金屬表面的技術。此技術主要針對金屬的硬化、塑形與合金化過程進行。因為激光本身的能量比較強，可以容易地穿透金屬從而對表面實現熱處理。這樣可以使待處理的金屬表面溫度急劇升高，當溫度升高至相變點之上，將激光源移開，這樣金屬表面與內部會出現溫差，熱傳導作用使內部快速自冷淬火。從而得到相較傳統方式更為出色的金屬硬化層。這樣做出的產品可以更抗壓、更耐磨，表面紋理也更為細密。而且，一臺高能激光產生器可以產生多束長距激光，可以同時讓多個工作臺同時得到照射而同時使用，結合軟件控制可以自動處理[2]。實現生產的自動化。同時也較傳統方式節省能源消耗。

2.3 真空熱處理技術

真空熱處理技術是利用無氧介質制造出真空環境，在真空環境下對金屬實現熱處理。這樣在處理過程中金屬不會出現明顯的氧化，從而減少防氧化過程中需要付出的成本，同時金屬的生產周期也會相應縮短，這樣可以大大減少金屬熱處理過程中的能量耗損和對環境的污染。而且經過真空熱處理之后的成品性能也會大大增強[3]。不過，由于我國金屬制造產業體量過大且技術較為落后，這種真空熱處理技術還處于發展階段，僅可以在部分金屬材料進行熱處理時應用這種方法。而且由于真空熱處理方法對真空的要求較高，現在一般的企業只能在10Pa之內。當真空的程度逐漸增高時，在熱處理過程中對金屬成型材料的性能的提升就越大。真空熱處理方式可以讓材料在熱處理過程中發生的形變程度大大減小。且能量耗損與環境污染氣體的排放也會相應減少。當采用真空熱處理技術進行金屬熱處理時，當設備空載時就可以終止工作，讓金屬材料在升溫的過程變得更短。從而熱處理技術的應用也會變得更加廣泛。

2.4 熱處理CAD技術

熱處理CAD技術使用計算機軟件編程來控制設備對金屬材料進行熱處理，熱處理CAD技術目前在企業中應用的較為廣泛。因為由于計算機仿真與建模可以使處理人員更好地了解金屬熱處理中需要消耗的能源與設備損耗進行預評估，從而避免那些由于操作或者工藝應用不當而白白浪費的能源[3]。并且，技術人員也可以在得到CAD結果后進行分析與改進，之后將改進方法投入實際生產過程中應用。這樣可以有效避免在熱處理過程中可能出現的能源耗損與浪費，從而實現能源節約與環境保護。

2.5 環保材料與設備的更新

目前，隨著對環境保護需求的不斷提高，可循環材料逐漸成為工業生產方向的主流，這種材料可以實現能源的循環利用，且不容易造成環境污染。因此很多金屬生產企業也在逐漸嘗試可循環材料。同時，也在嘗試引進新型設備，這為當下工廠中設備普遍落后的大環境帶來了改觀。對環保材料的應用以及對設備的更新應該建立在腳踏實地的基礎上，在對節能工藝材料進行開發與應用的同時，也要保證在技術應用與工作效率方面得到保證。因此，在金屬熱處理過程中，需要引入開發的就是一些導熱性好，親和設備的輔助材料。目前市場與企業使用較高，較受青睞的是陶瓷纖維這些能夠實現長久保溫的新型材料。這樣處理之后的廢料也可以較好地進行處理與回收。這樣可以大大地提高金屬熱處理過程中的能源利用率與環境保護[1]。

2.6 振動時效處理技術

振動時效處理技術又稱“振動消除應力法”指的是采用處于不同頻段下的控制系統控制激振器的轉數以此產生離心力，讓待處理的金屬材料器件發生諧振，讓需要處理的工件部位發生交變運動，這樣可以提高工件的穩定性，在使用時不會出現變形等質量問題[4]。而傳統的時效處理方法通常是將金屬材料進行低溫加熱以此來將其塑形。由于在低溫加熱過程中需要持續地對材料進行加熱，所以在這個過程中會耗費非常多的資源，且完成的成品內部會有不易察覺的裂紋與壞點。采用振動時效處理技術對工件進行后續處理可以大大提高其使用壽命。在現在的國內與國際市場上，我國企業有很多出口產品是采用振動時效處理技術來進行后續處理的，但是在國內市場中，能夠實現振動時效處理條件的企業還比較少，因此，相關企業應大力推廣振動時效處理設備與工藝的發展與普及，以此來提高熱處理過程中資源的利用率，實現資源的可持續發展。

3 總結

綜上所述，金屬材料熱處理的節能工藝方面還存在較多的問題，而金屬熱處理過程是工業生產與金屬加工領域重要的組成部分，我國金屬制造行業近年來規模已經穩步提高很多，金屬的熱處理過程節能技術的發展也變得較為迅速。目前，由于金屬制造業內設備較為老舊簡陋，制作工藝比較落后，資源耗損與環境保護問題較為嚴重。隨著新型熱處理技術的不斷發展，我們可以得出結論：未來金屬制造加工產業的重點，應該圍繞金屬材料熱處理加工過程中的生產效率、能源耗損等方面來展開，并不斷應用并發展新型金屬熱處理加工節能方式，這樣才能實現制造行業的可持續發展。這樣才能為現在的金屬制造企業帶來新的機遇和發展生機。