探究金屬熱處理在熱能動力工程中的應用

劉俊飛

摘要：經濟的發展，社會的進步推動了我國綜合國力的提升，也帶動了熱能工程發展的步伐，當前，隨著工業發展速度持續加快，機械精度的受重視程度有明顯提高，這就要求金屬材料熱處理切實做到位。通過此種技術能夠使得金屬材料的結構出現明顯變化，性能也會得到改善。當然，對金屬材料進行熱處理時發生變形的概率是較高的，這樣就會使得工件強度、精度受到直接影響，使用壽命也難以保證，若想保證金屬材料加工能夠順利完成，質量達到標準要求，應該要尋找到可行的措施來對金屬材料熱處理變形進行嚴格控制。

關鍵詞：金屬熱處理;熱能動力工程;應用

1金屬材料熱處理過程中變形的種類

從加工工藝的角度來說，形變類型包括以下兩種，其一是比容形變，導致此種形變出現的原因是在金屬材料當中含有一定量的碳元素、金屬元素。從相關人員研究所得結果來看，金屬合金材料發生比容形變較為常見，而這與鐵素體、游離碳、比容變化是存在緊密關聯性的。展開熱加工的整個過程中，金屬材料會發生形變，而且方向是不同的。如果發生了比容形變的話，金屬合金的尺寸必然會改變。

2金屬熱處理在熱能動力工程中的應用

2.1鋁材設備之復雜模具滑塊的數控技術

在模具設計領域里，滑塊是常見機構，在注塑模內部結構或與分型面開模方向不一致的時候，需要用側向分型抽芯機構來實現其動作及結構的形成。滑塊不但要保證零件的內外表面質量，也要對加工精度有很高的要求。同時，要保證連續性周期性的滑動。一般情況下，在金屬熱處理前的加工里要充分考慮熱處理后精加工的裝夾、余量、基準統一等問題，這也是加工的難度之一。本文通過合理分析它的加工技術難點，以制訂符合實際工藝的規程及加工方法，以加工出合格的零件。

2.2固溶處理

固溶處理又稱水韌處理，是高錳鋼最常規的熱處理方式，即將工件加熱到完全奧氏體化溫度保溫，然后快速入水冷卻以獲得單一相奧氏體組織。保溫溫度大于900℃即可獲得單一的奧氏體組織。實際生產中一般為1000℃～1100℃，溫度過低不利于碳化物溶解，過高容易導致過燒，對于合金化高錳鋼，該溫度可適當提高。高錳鋼經過固溶處理后，其力學性能得到明顯改善。由于高錳鋼的導熱系數較小，熱膨脹系數較大，在加熱過程中容易產生熱應力，加之鑄件本身存在較大的鑄造應力，使得高錳鋼鑄件在熱處理過程中極易開裂，尤其對于結構復雜，壁厚懸殊較大的鑄件更是如此。因此，對不同結構、尺寸的工件往往會制定不同熱處理工藝參數。時效溫度是影響高錳鋼時效處理的關鍵因素。有研究表明，時效溫度過低，沉淀相析出量不足，強化不充分;溫度過高，碳化物析出量過多，影響高錳鋼沖擊韌性。因此，需要嚴格控制時效溫度以獲得適量的沉淀相，進而得到良好的綜合性能。合金化高錳鋼經時效處理后，有大量的碳化物沉淀相彌散分布在奧氏體晶粒內，且時效溫度為350℃時，高錳鋼的抗拉強度、屈服強度、耐磨性及沖擊韌性均得到提高，表現出理想的綜合性能。但隨著時效溫度繼續升高，其使用性能反而降低。

2.3鎳基高溫合金熱處理工藝

鎳基高溫合金是我國產量最大、使用量最大的一種高溫合金，其是以鎳為基體，在650～1000℃的溫度范圍內具有優異的抗熱腐蝕性能、高溫抗氧化能力，良好的疲勞性能和斷裂韌性以及優異的抗蠕變性能，能夠在高溫條件下長時間穩定工作，現已成為航空航天、運輸、航海及核電工業領域不可替代的重要材料，被廣泛應用于渦輪盤、燃氣輪機等重要零部件的制造隨著國內裝備制造業產業化結構的轉型升級，其對鎳基高溫合金的性能要求也在不斷提高。熱處理工藝作為提高合金韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，提高強度有利手段之一，已成為鎳基高溫合金不可或缺的重要工序。

2.4基于工藝場景數據的熱處理工藝能耗估算方法

熱處理加工是通過對零件進行加熱、保溫和冷卻等來改變零件材料的內部組織，以達到滿足零件力學性能要求的一種工藝過程，因此熱處理工藝需要消耗大量的熱能。據統計，我國每年熱處理消耗電能總量達200億kW·h。同時在機械產品制造過程中，熱處理是一道十分重要、不可或缺的工藝過程，熱處理工藝能耗成為機械產品制造影響環境負荷的重要因素之一。隨著環境保護意識的增強，綠色制造理念和技術、產品全生命周期評價（LCA）方法被廣泛采用，LCA方法的基礎工作就是全生命周期清單（LCI）分析，LCI分析需要產品全生命周期中的各個單元過程的環境資源負荷數據。熱處理工藝作為產品制造過程中的一個重要部分，其能耗數據是評價工藝經濟性、環境友好性的重要清單數據;然而由于熱處理工藝的離散性、對熱處理設備和工藝環境的依賴性等特性，目前非常缺乏熱處理工藝能耗數據。在LCI分析建模中，分析者不一定是熱處理工程師，熱處理工藝也不一定發生在分析者所在的企業，很難具備熱處理工藝相關知識和數據，一般通過查詢清單數據庫獲取工藝過程能耗數據。熱處理工藝繁多，不同的工藝類型、工件材料和熱處理設備等工藝場景下能耗相差很大，完全采集每一種工藝和工藝場景數據下的能耗數據是十分困難的，也是不現實的，需要一個基于工藝場景數據的參數化模型，對熱處理能耗進行估算。面向LCI分析建模需求，提出基于工藝場景數據知識的熱處理工藝能耗估算方法，通過輸入熱處理基本工藝場景數據，系統在知識驅動下自動檢索相關數據，估算出其能耗數據，可以為熱處理工藝LCI清單分析提供數據支撐。

結語

總之，隨著社會的發展、科技的進步，城市建設和工業生產對金屬材料的質量要求更高，需要金屬材料具備更高的強度及耐久度，這也就需要金屬生產加工企業有著更高的技術水平，這樣才能滿足市場需求。因此，提高金屬材料熱處理技術水平是至關重要的，也是企業為了更好的應對未來市場首先要做到的。

參考文獻

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