金屬材料熱處理的節能新技術運用

王婷

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-2308

摘? 要：隨著社會經濟與科技的發展，各行各業對金屬的需求量不斷增加，金屬材料熱處理過程中，金屬材料表面形態和內部化學成分組織經過正火、退火、回火、淬火加工工藝下發生改變，進而金屬將擁有全新性能。當前，熱處理問題在于熱處理期間耗費許多電力能源，與我國主張的節能減排戰略目標不符，進而真空、激光、化學、振動時效等處理技術得以研發，各項技術被應用在不同金屬材料熱處理情況下，不僅提高了金屬材料熱處理質量和效率，還促進了節能減排目標的實現。

關鍵詞：金屬材料? ?熱處理? ?節能? ?新技術

中圖分類號：TB741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）08（a）-0074-03

Application of New Energy-saving Technology in Heat Treatment of Metal Materials

WANG Ting

（Xianyang Normal University， Xianyang， Shaanxi Province， 712000 China）

Abstract： With the development of social economy and science and technology， the demand for metal in all walks of life is increasing. During the heat treatment of metal materials， the surface morphology and internal chemical composition and organization of metal materials are changed through normalizing， annealing， tempering and quenching processes， and then the metal will have new properties. At present， the problem of heat treatment is that heat treatment consumes a lot of electric energy， which is inconsistent with the strategic goal of energy saving and emission reduction advocated by our country， the application of various technologies in different metal materials heat treatment not only improves the quality and efficiency of metalmaterials heat treatment， but also promotes the realization of energy saving and emission reduction.

Key Words： Metal materials; Heat treatment; Energy saving; New technique

1? 國內金屬材料熱處理生產現狀

機械制造業的發展與崛起，對金屬材料熱處理行業發展起到推動作用。當前，我國各地區金屬材料熱處理企業規模不斷擴大，相關研究結果顯示：國內金屬熱處理企業超過1.5萬家，從事生產的工人臨近45萬。金屬材料熱處理過程中，所耗能源巨大，且容易對周邊環境造成污染，尤其是一些生產企業仍沿襲傳統熱處理工藝，在生產量逐年增加背景下，消耗量也越來越大，金屬材料熱處理電力耗能占總能耗25%左右[1]。而一些發達國家因為開展金屬材料熱處理技術研究較早，所以在相同能源消耗下，其產量遠遠高于國內行業產量，甚至超過其數倍，工藝和技術不合理的使用，給金屬材料熱處理企業帶來一定損失。從節能角度上看，相對于金屬熱處理企業，其他行業節能技術研發較早，技術水平遠遠超過金屬熱處理行業。這是金屬熱處理行業生產技術滯后的體現，加上部門金屬熱處理企業受到資金、人力、技術等限制，導致節能措施得不到有效落實，設備生產企業產品生產成功率較低，很多產品生產后需要修復才能夠出售，甚至需要多次加工，造成了極大的資源浪費，更無法實現節能減排的目標。

2? 金屬材料熱處理節能新技術運用中常見問題

2.1 設備工藝落后

金屬材料熱處理生產活動開展過程中，生產技術水平的高低與生產質量、效率息息相關，二者呈正比，由于部分企業尚未有效落實節能，導致能源利用率大打折扣，加上污染物未經處理肆意排放，給自然環境造成嚴重污染，破壞了周邊生態環境[2]。

2.2 能源消耗大，生產效率低

世界范圍內，西方一些發達國家開展金屬材料熱處理技術研究較早，所以工藝水平更加成熟，工藝技術得以創新和完善，大幅度節約了節能消耗量。直至20世紀80年代后，發達國家金屬材料熱處理能源消耗已經得到控制，而國內能源耗量是發達國家的2～4倍，能源總量消耗不斷增加，發展到今時今日，經過專業人士的努力，金屬材料熱處理技術得以更新，工藝進一步創新，初步實現了控制能源耗量的目標，生產水平也一定程度上提升，但仍達不到節能減排標準[3]。

2.3 產品合格率低

我國金屬材料熱處理企業中，有50%左右的企業不僅工藝滯后，還存在設備陳舊問題，最終所生產出來的產品達不到合格標準，或合格率偏低，返修率高達30%。部分產品需要經過多次返修才得以通過，仍無法滿足工藝生產需求的產品結局就是被淘汰，造成了極大的資源浪費，生態環境污染隨之加劇，這與節能減排降耗相關要求背道相馳，對金屬材料熱處理企業發展產生制約性影響，不利于其可持續發展[4]。

2.4 缺乏金屬材料熱處理專業技術人才

金屬材料熱處理中，缺乏專業技術人才問題十分嚴重，且直至現在還沒有得到解決。現代社會，人們對熱處理人員專業素質、技術掌握能力提出了更高的要求。但實際情況卻是，不僅企業內部針對熱處理人員培養力度不足，還存在企業熱處理技術人員老齡化嚴重問題，沒有新鮮血液及時補充到行業中，即便加強力度宣傳新興技術，仍不到預期成效，加上當前對專業金屬材料熱處理人才需求量不斷增加，導致熱處理專業人才和實際需求拉開越來越大的差距。現階段，市場上從事金屬材料熱處理事業的人員，相對來說教育水平較低，通常依靠自身經驗開展，金屬材料熱處理企業仍沒有意識到這一問題，過于注重開拓市場、引進技術，忽略人才引進與培養，對生產活動及新技術使用效果造成不利影響[5]。

3? 金屬材料熱處理節能新技術及其運用

3.1 真空熱處理技術

現代科學技日新月異，基于此，金屬材料構件熱處理能夠在真空環境下完成，完成表面處理工藝后，通過高壓直接氣淬，這樣及滿足了工藝生產要求，還能夠有效提高材料熱處理效率，降低能源耗量，實現節能環保目標。但是，當前技術仍存在很多局限，無法提供絕對的真空環境，一般情況下，金屬材料真空熱處理技術在10 Pa的環境中得以運用，可以滿足熱處理生產需求。工藝不斷發展、技術不斷創新背景下，金屬材料表面處理水平也大幅度提高，規避了以往處理中存在氣孔和材料變形問題，給金屬性能帶來的影響相對較小，不失為一種科學有效的熱處理方式[6]。

3.2 激光熱處理技術

激光熱處理技術是基于現代科學技術下延伸而來的，金屬材料熱處理行業中，該技術屬于新型技術。應用原理是通過激光中高能力密度，在金屬材料表面照射，將表面能源控制在一定范圍內，這樣可以更好地滿足金屬材料熱處理需求。

3.3 化學熱處理技術

化學熱處理技術涉及化學學科知識，是通過化學反應實現的熱處理，進而有效降低金屬材料表面涂層厚度，這里需要注意，采取該項技術要盡量避免涂層過厚，以免對金屬材料自身性能產生影響。除此之外，嚴格控制材料涂層厚度，這樣不僅可以節省加熱時間，同時也有利于降低能源消耗。經過實踐探究了解到，若金屬材料表面滲碳涂層減少20%以上，則石油、煤炭、電能耗量都隨之降低，能源效果十分可觀。由于化學熱處理技術具有特殊性質，因此相對來說，對金屬材料性質破壞性更小，能夠延長材料使用壽命，提高材料質量，進而確保企業生產加工經濟效益和社會效益。

3.4 振動時效處理技術

從宏觀角度上看，振動時效處理技術提高了金屬零件塑性變形速度，金屬內部殘余應力得以降低，進而保證了金屬零件加工精度。實踐結果顯示，振動時效加工工藝可以降低30%以上的殘余應力;從微觀角度上看，振動時效處理技術是在金屬零件上施加一定附加動應力，進而這種附加動應力與金屬內部殘余應力相結合疊加，有效防治了金屬零件塑性變形，金屬零件的強度也進一步提升。若采取傳統方式進行熱處理，需要耗費大量能源用于加熱，且耗費較長時間才能夠改變金屬零件性狀，電力能源消耗也很大，熱處理還往往達不到預期效果。因此，從節能減排角度上來講，使用振動時效處理技術，能夠通過不同頻率多諧波共振原理，構建多型振動時效電腦控制裝置，以此替代傳統熱處理技術，振動時效處理技術相比傳統技術，使用過程中電力能源節省50%以上，同時金屬零件抗變形能力也有所提高[7]。

3.5 熱處理中CAD技術的運用

眾所周知，計算機是CAD技術應用載體，金屬材料熱處理期間，人員可以通過計算機系統模擬軟件，模擬演示熱處理工藝使用流程，進而找到工藝中存在的缺陷，確定設備，并且能夠掌握一定電力能源消耗數據，之后開展模擬數據分析，為節能標準的制定提供參考依據，科學調整模擬流程，在完善不足之處后再投入生產。這種事前預測分析方式，可以更加準確評估熱處理效果，將節能技術運用到合理環節，也便于企業對設備節能參數的調整，直至設備達到最佳節能狀態。該技術當前已得到許多金屬材料熱處理企業認可，成為了應用最為廣泛的事前預測技術之一，實際運用期間，取得了較好的節能效果。

4? 結語

工業生產行業高速發展，金屬材料熱處理是工業生產重要環節，金屬材料熱處理質量關系到金屬材料質量。近年來，金屬材料熱處理技術水平不斷提高，處理效率得以提高，但是中耗能不斷增加，對環境造成污染與破壞，和我國可持續發展戰略目標不符。因此，為了提高金屬材料熱處理質量、效率，同時實現節能環保目標，為企業取得好的經濟效益，該文針對金屬材料熱處理新技術應用問題進行了分析，探究了新技術運用方法，促進金屬材料熱處理企業健康發展。

參考文獻

[1] 嚴小剛.金屬材料熱處理節能新技術的探討[J].科技創新導報，2016，13（15）：55-56.

[2] 劉致祥，洪敏.新時期金屬材料熱處理節能新技術[J].現代制造技術與裝備，2020，56（10）：164-165.

[3] 王勇.金屬材料及熱處理技術初探[J].市場調查信息：綜合版，2019（6）：188.

[4] 高鈺昇.淺談金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢[J].華東科技（綜合），2019（3）：386.

[5] 李磊.金屬材料熱處理變形問題與開裂問題的解決方案探究[J].中國金屬通報，2019（11）：296，298.

[6] 張均紅.金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢探討[J].南方農機，2019，50（12）：183.

[7] 佚名.《金屬熱處理》《材料熱處理學報》組合光盤[J].金屬熱處理.2020，45（8）：160.