金屬材料熱處理節(jié)能技術新探

王春艷（天津市禾厘油氣技術有限公司 天津市300451）

引言

隨著現代科技的不斷進步，現代制造技術也得以飛速發(fā)展。在現代制造技術當中，金屬材料尤其受到重視，特別是對鋼鐵材料的熱處理。 由于制造技術的先進性是產品競爭能力的保證，而熱處理技術的先進程度則是保證機械產品質量的關鍵因素[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)能技術的開發(fā)及應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)生產領域存在著各類的熱處理專業(yè)廠、設備制造廠、工藝生產廠等。 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，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）設備陳舊，工藝落后。 在我國現有的國企金屬熱處理廠，由于設備較為老舊，技術工藝相對落后，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)，在設備、技術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備，對環(huán)境的污染十分嚴重。

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

（4）缺乏技術人才。 在我國，工業(yè)技術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)接近的技術人才，但由于專業(yè)本質存在差別，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。

二、金屬材料熱處理新技術的應用

1、化學熱處理技術

化學熱處理技術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生破壞， 因此不會影響材料的使用壽命。

2、超硬涂層技術

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，則可實現節(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，在生產過程中可以實現自動化，全程由電腦控制，提高了產品質量，實現了高效、節(jié)能生產的目標。

3、熱處理CAD技術

熱處理CAD 技術是應用電腦模擬來研究和設計熱處理工藝，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，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計， 選取合適的材料， 應用新型的結構， 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

若將金屬材料構件的熱處理工藝在真空中進行， 則可實現低壓滲碳，同時在表面處理工藝結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、氣孔等問題。

5、激光熱處理技術

近年來，激光技術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。 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，產生表面淬火無法達到的表面性質。 此外，利用激光熱處理技術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

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部留下裂紋或殘余應力等缺陷， 這將對材料的性能及使用壽命產生影響。 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則可以消除金屬材料熱處理中的熱應力殘余，有效節(jié)約了能耗。

三、結語

為實現我國資源節(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)能技術是一項復雜而繁瑣的工作，但通過這些新技術，可有效節(jié)約能耗，降低廢氣的排放量，從而提高經濟效益，起到保護環(huán)境的目的。 隨著金屬材料熱處理節(jié)能新技術的廣泛運用， 可以看出我國的熱處理節(jié)能技術具有廣闊的應用前景，以優(yōu)質、高效以及清潔、低耗的為目標，逐漸將我國的熱處理產業(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)能新技術及應用[J].科技創(chuàng)新導報，2010,14∶30.

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

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