金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用研究

王亞真　任湘君　趙躍鵬

摘要：隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮發(fā)展，工業(yè)、制造業(yè)等也得到了迅猛的發(fā)展，近些年環(huán)境、能源問題隨之凸顯出來，發(fā)展新的科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)工藝避免犧牲環(huán)境與能源換來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)的開創(chuàng)是一種新型的節(jié)能環(huán)保型的方法，在保障處理金屬材料性能的同時(shí)，還能有效的解決熱處理耗電量大的不足。因此，推進(jìn)金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用對于貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念具有重大的意義。

關(guān)鍵詞：熱處理技術(shù)；節(jié)能；環(huán)保

目前在我國鋼鐵材料中，應(yīng)用最多需求就是熱處理鋼材料，占比達(dá)25%，所以在可持續(xù)發(fā)展的道路上，在開發(fā)節(jié)能新技術(shù)中，把熱處理節(jié)能新技術(shù)作為首要目標(biāo)是必要的。積極研發(fā)熱處理節(jié)能新技術(shù)，能有效地解決我國目前制造業(yè)的高能耗、高污染的現(xiàn)象。下面介紹幾種熱處理節(jié)能新技術(shù)的原理和應(yīng)用。

1、化學(xué)處理方法：薄層滲碳技術(shù)

目前，我國在金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用中，化學(xué)熱處理-薄層滲入技術(shù)應(yīng)用是最為廣泛的。這項(xiàng)薄層滲入技術(shù)的應(yīng)用打破人們的常規(guī)認(rèn)知，在金屬表層滲入化學(xué)元素，不但沒有損壞金屬的材料的性能，而且減少了材料在制造過程中的成本。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼。滲碳后﹐鋼件表面的化學(xué)成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強(qiáng)韌性﹐使工件能承受沖擊載荷 。

目前在共享經(jīng)濟(jì)下，誕生出了一批又一批共享單車，截止到目前為止投入市場運(yùn)營的自行車總量已經(jīng)達(dá)1000萬輛以上，在如此巨大的自行車生產(chǎn)過程中，自行車車軸中的鋼珠需求可想而知。如果在鋼球制造中把化學(xué)材料薄層滲碳技術(shù)運(yùn)用其中，可以節(jié)約的電量是無可估量的，同時(shí)也減少了甲醇和煤油一半以上的使用量，并且由于加熱時(shí)間短、材料成型時(shí)間短，使得鋼珠提高至少兩倍以上。

這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)明和使用，不僅節(jié)約了制造過程中的成本，提高了零件的使用壽命，更減少了企業(yè)制造過程中對環(huán)境的壓力，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

2、離子處理方法：超硬涂層技術(shù)

我國金屬材料熱處理制造中，工具零件的需求非常巨大，如果在其制造過程中采用離子沖擊：超硬涂層技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

再生產(chǎn)過程中，將離子加速使其去沖擊零件，使其表面形成沉積硬化層，然后在經(jīng)過濺射處理2 u mTiN，通過后期對零件的檢查、實(shí)踐和對比，我們可以明顯的看出，經(jīng)過超硬涂層技術(shù)處理的零件從硬度到使用壽命都有明顯的提升。

3、真空處理技術(shù)

在金屬材料的熱處理過程中，材料需要被持續(xù)加熱到極高的溫度，零件表面氧化的非?？欤瑢Τ善返馁|(zhì)量產(chǎn)生影響。為了減少這種損耗，真空熱處理工藝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

所謂的真空，并不是在真空環(huán)境下進(jìn)行熱處理，而是在無氧的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，因?yàn)樵跓o氧下，滲碳零件的表面不會被氧化。在無氧狀態(tài)下，大氣壓升高，在溫度大幅提高的同時(shí)縮短了零件的制作周期，這樣就減少了加熱持續(xù)時(shí)間也就減少了電能的消耗，把零件的生產(chǎn)周期縮短，減少了加熱爐的使用時(shí)間，保護(hù)了部分設(shè)備，延長了設(shè)備的使用壽命，抑制真空熱處理廢氣的排放。間接達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

目前最為主流的技術(shù)就是在真空爐中滲氮，運(yùn)用空氣抽取技術(shù)將真空爐中的部分氣體排空，使得爐內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到0.133Pa（1×10-3Torr）后，給將爐中工件加熱達(dá)到550°左右，在達(dá)到溫度要求是，向爐中輸送含有活性物質(zhì)的多種復(fù)合氣體，通過控制不同氣體的送入量對工藝進(jìn)行進(jìn)行控制，爐壓控制在0.667Pa（5Torr），保溫3～5h后，用爐內(nèi)惰性氣體進(jìn)行快速冷卻。不同材料的工件，通過這種工藝處理后，我們可以得到滲層深為20～80μm、硬度為600～1500HV的硬化層。在此種真空條件下充入氨氣，滲氮技術(shù)實(shí)質(zhì)上是真空排氣下氮碳共滲，清洗金屬表面并使其活性化。在熱處理得加熱、保溫、冷卻的整個(gè)過程中，將含量不純的氣排出，把高純度并且含有含活性物質(zhì)的氣體送入，讓工件面層的結(jié)構(gòu)能夠得到調(diào)整、控制和質(zhì)量的提高，在這個(gè)過程中我們就打打縮短了制作周期，工廠的效率就提高了。

真空滲氮的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以得到?jīng)]有化合物層但是有擴(kuò)散層的表面組織，因?yàn)楫?dāng)我們把爐中的其他排出使真空爐內(nèi)壓力到達(dá)0.l33Pa（1×10-3Torr）后就可以形成，在此之外就是當(dāng)在短時(shí)間帶有活性物質(zhì)的復(fù)合氣體向鋼中擴(kuò)散形成的組織。形成的這種外層組織的耐熱性、柔韌度等性能優(yōu)異。因而對實(shí)施高溫回火的熱作模具，如用高速鋼或4Cr4MoSiV（H13）鋼制模具可以得到表面金屬強(qiáng)度大、抗熱沖擊性好、韌性度高等性能。對精密齒輪的齒頂部位的精加工和部分在機(jī)械中應(yīng)用于酸堿性環(huán)境的機(jī)械零件以及彈簧等都需要滲氮技術(shù)對其加以改進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，與傳統(tǒng)制造相比制作出的工件性能卻提高了不少。

4、熱處理的激光工藝

激光熱處理，就是通過使用能量高集中得激光對產(chǎn)品工件的外表面進(jìn)行加工，增加其表面硬度提高、耐磨性，讓經(jīng)過激光處理后的工件表面特性有了明顯的提高。與傳統(tǒng)的加工工藝相比，利用激光能量高，穿透性強(qiáng)的優(yōu)勢，在短時(shí)間內(nèi)通過高能量的激光把工件加熱到需要的溫度，同時(shí)在產(chǎn)品奧體化后對其進(jìn)行迅速淬火，這樣一來，金屬表面就會立刻硬化，運(yùn)用這樣的工藝處理的產(chǎn)品與其他的工藝處理的產(chǎn)品相比，擁有更加細(xì)密的金屬層，使用壽命更長，抗磨損能力更高的特點(diǎn)。

這項(xiàng)激光熱處理工藝主要運(yùn)用在工件的局部區(qū)域，而且可以在同一臺激光熱處理機(jī)器上在同一表面同時(shí)對多個(gè)工件進(jìn)行加工，一方面提高了制造周期，另一方面減少了購買設(shè)備的成本，針對傳統(tǒng)工藝而言還減少了持續(xù)加熱的步驟，減少了電力的損耗。

目前，熱處理節(jié)能新工藝已經(jīng)成為企業(yè)是否在行業(yè)中擁有核心競爭的標(biāo)志。熱處理對我國機(jī)械制造業(yè)振興和發(fā)展具有重要的支撐作用，是企業(yè)形成自主核心技術(shù)、增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力的重要手段，是實(shí)現(xiàn)我國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變必須突破的重要基礎(chǔ)工藝。

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