金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)及應(yīng)用

董文　姜秋月

摘 要 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)械工業(yè)以及制造業(yè)也在不斷的進(jìn)步中。在工業(yè)制造中，金屬材料是非常重要的部分，而熱處理則是保證金屬材料性能的最佳方式。在熱處理技術(shù)中，需要消耗大量的電能，很多材料都需要經(jīng)過(guò)這種方式才能使用。熱處理技術(shù)需要通過(guò)爐窯來(lái)保證過(guò)程的充分進(jìn)行，這樣一來(lái)會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，因此，要在不斷發(fā)展中創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)。本文根據(jù)金屬材料熱處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，對(duì)節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了分析，旨在促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 金屬材料；熱處理；技能；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào) F4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2015）09-0094-02

隨著我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸將環(huán)境保護(hù)也納入發(fā)展的步調(diào)中，重視制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境之間的融合。在制造業(yè)中，熱處理技術(shù)的先進(jìn)程度直接決定了金屬材料的質(zhì)量，目前我國(guó)經(jīng)過(guò)熱處理的金屬材料在所有金屬材料中占到了40%，但是熱處理技術(shù)的過(guò)程中需要消耗大量的能量，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，用電量大，因此需要在節(jié)能上進(jìn)行創(chuàng)新。在保證金屬材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低熱處理中的能源消耗，減少企業(yè)成本投入，提高企業(yè)利益，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。

1 機(jī)械工業(yè)發(fā)展與節(jié)能形式

機(jī)械工業(yè)有效推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制中有著重要的地位。但是在快速增長(zhǎng)的同時(shí)，所消耗的能量多、資源大，環(huán)境污染方面難以得到有效的治理。在我國(guó)的環(huán)境污染中，有80%左右都是由工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的，而熱處理就是其中的一類(lèi)。機(jī)械工業(yè)不僅要消耗大量的資源，還是排污的主要行業(yè)。因此，在機(jī)械工業(yè)方面的污染非常嚴(yán)重，尤其是熱處理的過(guò)程，存在著高消耗、高排放、低效率的問(wèn)題。

我國(guó)的機(jī)械工業(yè)在2006年的總產(chǎn)值已經(jīng)高達(dá)5萬(wàn)多億元，工業(yè)增加值達(dá)到1萬(wàn)多億元，同比增長(zhǎng)率達(dá)到35%左右。隨著近幾年的不斷發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)所創(chuàng)造的利潤(rùn)也在不斷升高，每年的增長(zhǎng)率都在25以上，是我國(guó)工業(yè)中的首位。但是同時(shí)，所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也不容忽視。每年我國(guó)鋼材熱處理的總質(zhì)量是全國(guó)生產(chǎn)的三分之一，經(jīng)過(guò)熱處理的金屬材料達(dá)到1億多噸。金屬材料在經(jīng)過(guò)熱處理之后，會(huì)反應(yīng)出大量的有害氣體，排放不當(dāng)?shù)脑?huà)還有可能會(huì)影響水質(zhì)，對(duì)人們的正常生活造成影響。熱處理中還會(huì)產(chǎn)生大量的有害粉塵，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。

2 國(guó)內(nèi)外熱處理節(jié)能現(xiàn)狀對(duì)比

熱處理在機(jī)械工業(yè)行業(yè)中是一種特殊的工序，在進(jìn)行加工時(shí)難以觀察到產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量，只有在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行使用時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。雖然我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)正在不斷發(fā)展，但是熱處理工藝并沒(méi)有得到相關(guān)部門(mén)的重視，導(dǎo)致我國(guó)這方面的研究較為緩慢，在進(jìn)行熱處理節(jié)能技術(shù)研究時(shí)和國(guó)外有著較大的差別，主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1）政策法律保障。我國(guó)在1996年出臺(tái)了《關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問(wèn)題的決定》，在其中規(guī)定我國(guó)的企業(yè)在對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行完善的過(guò)程中，要使用能量消耗小，污染物排放量少的生產(chǎn)工藝。在1997年出臺(tái)了《關(guān)于推廣清潔生產(chǎn)的若干意見(jiàn)》，要求地方政府的相關(guān)部門(mén)要將清潔生產(chǎn)理念融入到企業(yè)的制造生產(chǎn)中。隨后，很多省市也針對(duì)性的出臺(tái)了地方上的清潔生產(chǎn)的法律法規(guī)。但是，在勞動(dòng)者的安全、利益方面的針對(duì)性法律法規(guī)較少，仍有待完善[1]。

2）科技政策和組織。美國(guó)能源部對(duì)熱處理企業(yè)作為核心發(fā)展企業(yè)，認(rèn)為其在制造業(yè)中有著重要的地位。在1996年，召集了20名熱處理領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員，對(duì)美國(guó)熱處理行業(yè)的發(fā)展提出了計(jì)劃。次年，由17名專(zhuān)家組成的熱處理學(xué)位對(duì)未來(lái)熱處理的發(fā)展制定了發(fā)展路線(xiàn)，并在設(shè)備、工藝、材料、環(huán)境保護(hù)等方面開(kāi)發(fā)了眾多項(xiàng)目，制定了美國(guó)在2020年的計(jì)劃，在能源消耗、成本投入、生產(chǎn)周期、環(huán)境污染等方面都提出了具體的要求。

近年來(lái)，我國(guó)雖然也出臺(tái)了有關(guān)熱處理的多項(xiàng)政策，對(duì)熱處理行業(yè)的未來(lái)提出了一定的發(fā)展意見(jiàn)，例如“九五”、“十五”、“十一五”等。但是，并沒(méi)有像美國(guó)一樣組建一個(gè)專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)熱處理行業(yè)中的新興技術(shù)和材料進(jìn)行開(kāi)發(fā)。此外，我國(guó)相關(guān)部門(mén)也沒(méi)有投入專(zhuān)項(xiàng)資金，對(duì)新興的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，因此發(fā)展速度較慢。

3）生產(chǎn)規(guī)模和模式。由于我國(guó)的社會(huì)原因，目前熱處理企業(yè)大多都是單獨(dú)性的封閉企業(yè)。在一個(gè)工廠中，分為鑄、鍛、電鍍、熱處理等全能型機(jī)組，這樣一來(lái)，由于任務(wù)量不足、生產(chǎn)效率低下，導(dǎo)致設(shè)備的利用率較低，消耗大量的無(wú)效能量，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。和美國(guó)相比，我國(guó)的專(zhuān)業(yè)熱處理廠只有美國(guó)的2.86%，生產(chǎn)效率只有美國(guó)的3.75%，設(shè)備利用率只有30%，但消耗的電能卻比美國(guó)要高了將近一半。鑒于此種情況，我國(guó)在上世界80年代對(duì)熱處理廠進(jìn)行了整改，撤銷(xiāo)了大量技術(shù)差、產(chǎn)量低、成本高的廠點(diǎn)，并建立了大量的專(zhuān)業(yè)熱處理廠，幾年之內(nèi)有了巨大的改善，生產(chǎn)效率、設(shè)備利用率方面都有所提高，能量消耗也降低了很多。因此，我國(guó)還要不斷加強(qiáng)對(duì)熱處理廠的監(jiān)督和整改，降低能耗，提倡環(huán)保。

4）工藝設(shè)備。我國(guó)熱處理行業(yè)的工藝設(shè)備在近年來(lái)已經(jīng)有所改善，但是從整體上看依舊處于較低狀態(tài)，能源的利用效率低，存在大量的浪費(fèi)情況。因此，要對(duì)相關(guān)的工藝、設(shè)備進(jìn)行改造，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)。在我國(guó)的熱處理工藝中，還沒(méi)有掌握較為先進(jìn)的制造技術(shù)，和實(shí)際需求之間有著一定的差異。因此，必須要加速設(shè)備的開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新工藝。在我國(guó)的熱處理現(xiàn)狀下，材料也有著很?chē)?yán)重的問(wèn)題，品種不齊全，質(zhì)量難以保證，有大量“以次充好”的情況出現(xiàn)。因此，相關(guān)部門(mén)要加強(qiáng)監(jiān)督，推進(jìn)我國(guó)熱處理工業(yè)的發(fā)展。

5）企業(yè)素質(zhì)有待提高。隨著我國(guó)教育改革的不斷深入，熱處理的專(zhuān)業(yè)人才難以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。目前在我國(guó)的企業(yè)中，很多都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的熱處理工程師，大多工作人員都沒(méi)有經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的教育，專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)。目前，我國(guó)已經(jīng)建立了大量的熱處理工程師培訓(xùn)班，對(duì)人才培養(yǎng)起到了一定的推動(dòng)作用。另一方面，我國(guó)很多企業(yè)規(guī)模較小，管理水平差，在安全生產(chǎn)和環(huán)保上并沒(méi)有予以重視。因此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督，建立良好的管理體系，提高企業(yè)和相關(guān)人員素質(zhì)[2]。

3 熱處理節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

在熱處理中，傳統(tǒng)的加熱介質(zhì)大多是空氣和熔鹽，以油為冷卻介質(zhì)。這種方法對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行限制并開(kāi)發(fā)全新的工藝取代，創(chuàng)新清潔節(jié)能的熱處理技術(shù)，提高熱處理的效率，對(duì)節(jié)能和環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行

改善。

1）真空熱處理技術(shù)。真空加熱指的是將產(chǎn)品放置在負(fù)壓空間中進(jìn)行加熱的工藝。一般情況下，熱處理加熱過(guò)程中真空度都在10-5Pa以下。真空加熱和傳統(tǒng)的加熱方式相比，有著多種優(yōu)勢(shì)。例如，可以有效避免產(chǎn)品在過(guò)程中出現(xiàn)的額氧化和脫碳情況，并且還有著脫脂、脫氣、凈化表面、不易變形等多種優(yōu)勢(shì)。另一方面，產(chǎn)品還可以在真空環(huán)境下進(jìn)行低壓滲碳、滲氮等處理，而且在真空中進(jìn)行共滲后，通過(guò)高壓氣淬，能夠使產(chǎn)品具備良好的性能，降低生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，是一種良好的清潔熱處理技術(shù)。目前在模具、汽車(chē)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但和國(guó)際相比，其普及程度仍較小，而且設(shè)備也大多是由國(guó)外引進(jìn)的，資金昂貴。因此需要不斷進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出符合市場(chǎng)需求的真空設(shè)備，提高我國(guó)熱處理行業(yè)的效率。

2）離子滲氮和滲碳技術(shù)。該技術(shù)指的是將在低壓容器中的產(chǎn)品在輝光防電作用下，用帶電粒子對(duì)產(chǎn)品的表面進(jìn)行轟擊，提高其溫度，從而將所需要的原子滲入到產(chǎn)品的表層。和傳統(tǒng)的方法相比，這種方法的效率較高，不易出現(xiàn)變形的情況，并且對(duì)環(huán)境的污染較小，沒(méi)有煙霧和廢氣的排放。

3）感應(yīng)加熱技術(shù)。該技術(shù)建立在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，讓產(chǎn)品的表面產(chǎn)生渦流從而提高其溫度。這種方法的速度快，可以進(jìn)行精確控制，所消耗的能源較少，也有著一定的環(huán)保效果。

4）淬火冷卻裝備技術(shù)。通過(guò)氣淬、水淬、水務(wù)冷卻等方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的淬火方式，我國(guó)的相關(guān)研究人員開(kāi)發(fā)的淬火冷卻系統(tǒng)有著一定的示范作用。通過(guò)水-空冷卻的方式，能夠保證塑料模具的截面硬度小于3-5HRC。

5）熱處理計(jì)算機(jī)技術(shù)。通過(guò)這種技術(shù)，能夠?qū)崽幚磉^(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行精確的控制，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能的目的。在傳統(tǒng)的工藝技術(shù)中，有很多都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作的，導(dǎo)致難以保證操作的規(guī)范性，甚至很多工藝要求的制定都不夠科學(xué)，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性差，浪費(fèi)了大量的能源。隨著信息化的不斷發(fā)展，熱處理信息化也是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和智能化技術(shù)的輔助，能夠?qū)崽幚磉^(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，對(duì)其中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的解決措施，從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量，也是我國(guó)熱處理企業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬材料熱處理是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，在生產(chǎn)過(guò)程中，能耗大、污染環(huán)境嚴(yán)重也是熱處理行業(yè)最大的問(wèn)題。因此，要對(duì)熱處理技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，并推廣全新的技術(shù)，對(duì)現(xiàn)存的問(wèn)題進(jìn)行全面分析，以節(jié)能減排為優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)我國(guó)熱處理行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭玲.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用研究[J].機(jī)電信息，2013（06）：89+91.

[2]李其敏.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)探析[J].廣東科技，2012（21）：154+100.

[3]馮小波，劉小麗.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（14）：30.