金屬材料熱處理節(jié)能工藝優(yōu)化研究

郭建

摘 要：隨著我國的工業(yè)制造業(yè)的高速發(fā)展，越來越重視制造和環(huán)境的有機(jī)、和諧統(tǒng)一，對(duì)金屬材料的加工效果也有著越來越高的要求，扮演著重要角色的金屬材料熱處理行業(yè)更是得到了快速的發(fā)展。目前，我國的各項(xiàng)生產(chǎn)制造行業(yè)都會(huì)應(yīng)用到對(duì)金屬材料的熱處理技術(shù)，尤其是一些大型的機(jī)械行業(yè)，會(huì)對(duì)一些金屬鋼鐵材料進(jìn)行熱加工處理，方便以后的生產(chǎn)作業(yè)過程，促進(jìn)制造業(yè)的可持續(xù)快速發(fā)展。但是，現(xiàn)階段的熱處理技術(shù)存在著原料和能源消耗大的問題，有時(shí)還會(huì)極大的污染生態(tài)環(huán)境，所以如何降低金屬材料熱處理中消耗能源是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的重要解決任務(wù)。對(duì)于此，本文分析了金屬材料熱處理的三個(gè)必備過程，探討了金屬材料熱處理節(jié)能工藝優(yōu)化措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：金屬材料熱處理 處理過程分析 節(jié)能工藝優(yōu)化

1金屬材料熱處理的三個(gè)必備過程分析

金屬材料熱處理技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)，并影響到產(chǎn)品的物理性能。此外，在熱處理金屬材料時(shí)，高水平的技術(shù)不僅能減少金屬資源的浪費(fèi)，還能降低熱處理工藝帶來的環(huán)境污染，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。根據(jù)溫度控制的變化，熱處理工藝總結(jié)為加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程。

加熱是熱處理工藝的第一個(gè)步驟，早期的熱處理工藝加熱工序大部分利用木炭和煤炭作為熱源，隨著能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，又出現(xiàn)了液體和氣體燃料;電力技術(shù)的普及，為熱處理加熱工序帶來了新的變革，普遍使用電力完成加熱過程，電加熱方式快捷并且易于控制，減少了對(duì)外部環(huán)境的污染。利用木炭、煤炭、液體氣體燃料以及電力等作為熱源，不借助加熱介質(zhì)加熱統(tǒng)稱為直接加熱;間接加熱則是利用熔融的鹽或者浮動(dòng)粒子達(dá)到金屬工件升溫的效果。在加熱過程中，為保護(hù)金屬工件不受大氣中氧氣、一氧化碳等氣體影響而發(fā)生氧化、脫碳等現(xiàn)象，加熱環(huán)境要確?？煽?，加熱裝置要具備氣氛保護(hù)功能，比如利用熔融鹽或者真空環(huán)境進(jìn)行加熱，也可通過涂層或包裝來完成。

保溫工序是在一定的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)下，在確保加熱溫度和精準(zhǔn)控制下，讓加熱之后的金屬工件保持一定的溫度，通常會(huì)在相變溫度以上進(jìn)行加熱以獲得所需的結(jié)構(gòu)。將金屬工件表面加熱到符合要求的溫度并保持在一定的時(shí)間間隔之內(nèi)，以確保工件內(nèi)部與外部溫度能夠保持一致，從而使金屬結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)完全轉(zhuǎn)變，這段時(shí)間間隔在熱處理工藝規(guī)范中稱為保溫時(shí)間;有些熱處理工藝保溫過程要求極短，甚至不需要保溫時(shí)間，例如，為了增加金屬材料表面的耐磨性，需要進(jìn)行高能密度加熱，其特點(diǎn)是短時(shí)或者瞬間致熱，這個(gè)過程就不需要保溫時(shí)間。

熱處理的另一個(gè)重要工序是冷卻過程，不同的熱處理工藝，冷卻方式不同，冷卻速度各不相同，冷卻速度的控制是冷卻環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，其中，退火最慢，正火較快，淬火最快，但是由于金屬材質(zhì)的不同，其要求也不同，例如，空氣硬化鋼可以通過冷卻速率的標(biāo)準(zhǔn)化來硬化。

2金屬材料熱處理節(jié)能工藝優(yōu)化措施

2.1加熱步驟中的節(jié)能熱處理。常用金屬材料的熱處理將固態(tài)金屬或者合金材料借助適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝，創(chuàng)新的熱處理技術(shù)在實(shí)現(xiàn)上更加注重節(jié)能功效。從流程中能夠看出熱處理節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)的整個(gè)操作步驟，在整個(gè)過程中主要秉承節(jié)能思想，在技術(shù)實(shí)施之前對(duì)金屬的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出設(shè)計(jì)圖在工作過程中按照設(shè)計(jì)圖來進(jìn)行;設(shè)計(jì)好后在處理設(shè)備中加入各種原材料進(jìn)行鑄造、鍛造、焊接等熱加工處理。熱加工處理有其固定的工作模式：主要是加熱、保溫、冷卻、超硬涂層、熱化學(xué)以及形變等熱處理，在操作過程中可以保持著真空環(huán)境還可以利用激光技術(shù)，不同的金屬熱處理技術(shù)主要是處理設(shè)備的參數(shù)設(shè)置不同，設(shè)備工藝的參數(shù)設(shè)置可以利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)。加熱步驟是熱處理的工作進(jìn)行的第一步，金屬加熱時(shí)，原材料暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化和脫碳現(xiàn)象，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有著很不利的影響，因而金屬通常在可控氣體或保護(hù)氣體中、熔融鹽中和真空設(shè)備中進(jìn)行加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱，選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而進(jìn)行不同的處理操作，但一般都是加熱到相應(yīng)的溫度以上，以獲得高溫組織。溫度的轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間來維持，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，需要維持一段時(shí)間的溫度穩(wěn)定，保證內(nèi)外溫度一致，讓顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間為保溫時(shí)間，整個(gè)處理過程對(duì)溫度的設(shè)定要十分精準(zhǔn)，保證精確的溫度就可以快速成形且能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2保溫步驟中的節(jié)能熱處理。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。為了更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果需要在保溫處理中補(bǔ)充一些材料以達(dá)到更好的保溫效果，對(duì)各種材料的加入質(zhì)量需要精確，各類原材料配比方案。按照數(shù)據(jù)配比進(jìn)行原材料的投放，在保證配比的情況下盡量避免原材料無用消耗。在保溫過程中更加精確的原料配比能夠靠原料自身的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生部分熱量，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會(huì)根據(jù)反應(yīng)物的數(shù)量而發(fā)生變化，在原料充分滿足制作工藝的同時(shí)還能夠通過自身的反應(yīng)熱量提供保溫的效果，節(jié)省了工作中外界熱能的消耗。同時(shí)，也可以避免原材料的二次加入，避免設(shè)備中熱量的流失也節(jié)省了材料的消耗。

2.3冷卻步驟中的節(jié)能熱處理。冷卻也是熱處理工藝過程中不可或缺的一步，冷卻方法主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。冷卻的速度決定了產(chǎn)品的硬度和質(zhì)量，在冷卻過程中介入外界熱量干預(yù)即可控制工作中產(chǎn)品的冷卻速度，冷卻速度控制不當(dāng)可能會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量不合格也就導(dǎo)致二次加工，二次加工不僅會(huì)消耗大量的原材料還要重新進(jìn)行生產(chǎn)流程消耗大量的熱能。所以在冷卻過程中除了要加入冷卻劑外還需要監(jiān)控設(shè)備的溫度變化，維持正常的冷卻速度達(dá)到最佳的冷卻效果。經(jīng)過處理即可得出半成品毛坯，即可進(jìn)行切削加工，預(yù)先熱處理主要是應(yīng)用于各類鑄、鍛、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及熱加工過程產(chǎn)生的缺陷，并為以后切削加工及熱處理準(zhǔn)備良好的組織狀態(tài)，保證材料的切削性能和加工精度并減少變形。生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)比調(diào)整前的產(chǎn)品質(zhì)量更高，質(zhì)量高的產(chǎn)品可以降低產(chǎn)品的返廠率，減少二次加工和重新生產(chǎn)的次數(shù)，間接的節(jié)省能源的消耗。

結(jié) 語

總而言之，對(duì)于金屬材料熱處理來說，應(yīng)該改變傳統(tǒng)的觀念，樹立環(huán)保與節(jié)能的觀念，與企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，合理使用金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)，一方面降低企業(yè)能源耗費(fèi)的情況，另一方面有效提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，也應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)代化技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)之間的有效結(jié)合，提升科技水平，推動(dòng)我國熱處理行業(yè)邁向可持續(xù)發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付哲.淺談金屬材料熱處理工藝及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].世界有色金屬，2017（18）.

[2] 錢勇.金屬材料熱處理工藝與技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2017（33）.