金屬材料熱處理的節(jié)能技術(shù)探究

李曉麗

摘 要：科技的進(jìn)步推動(dòng)了我國(guó)金屬制造業(yè)的發(fā)展。金屬材料的熱處理是金屬制造過(guò)程的關(guān)鍵，金屬材料熱處理的節(jié)能技術(shù)是近年來(lái)金屬制造業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。本文在分析金屬材料熱處理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)金屬材料熱處理的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了概括，以期為金屬材料熱處理節(jié)能工作提供參考。

關(guān)鍵詞：金屬材料? ? 熱處理? ? 節(jié)能技術(shù)

金屬材料的制造是金屬行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，而金屬材料制造的關(guān)鍵工藝是熱處理，熱處理過(guò)程約占整個(gè)金屬材料制造生產(chǎn)過(guò)程的25%。傳統(tǒng)的金屬材料熱處理存在能耗大、污染大等問(wèn)題。金屬材料熱處理的節(jié)能技術(shù)探究迫在眉睫。

一、我國(guó)金屬材料熱處理現(xiàn)況

（一）設(shè)備落后，工藝水平低

我國(guó)金屬材料熱處理企業(yè)整體上呈現(xiàn)出多而弱、小而散的特征。超過(guò)60%占主導(dǎo)地位的民營(yíng)熱處理加工企業(yè)屬于小微企業(yè)，其特點(diǎn)是勞動(dòng)密集型生產(chǎn)、設(shè)備落后、生產(chǎn)工藝水平低、自動(dòng)化程度低。其中大部分企業(yè)沿用的還是傳統(tǒng)陳舊的熱處理與節(jié)能工藝，能量耗損較高，理念相對(duì)落后，這導(dǎo)致大量的能源被白白浪費(fèi)。

（二）能源消耗高，利用率低

大部分中小型的金屬材料熱處理企業(yè)采用粗放型管理，沒有給予工藝和技術(shù)足夠的重視，導(dǎo)致其在生產(chǎn)和制造的過(guò)程中出現(xiàn)了能源消耗過(guò)大、利用效率較低等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在熱處理上的能量耗損是美國(guó)、德國(guó)等熱處理技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)倍。而由于設(shè)備落后和工藝水平低，成品的質(zhì)量往往達(dá)不到相關(guān)要求，不合格的成品還需要返廠重修，造成了資源的極大浪費(fèi)。

（三）廢棄物多，污染嚴(yán)重

熱處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣和噪聲等污染。因各金屬材料熱處理企業(yè)設(shè)備和工藝的不同，產(chǎn)生的主要污染物也不同。通常情況下，廢氣是由氯、溴等鹵族元素產(chǎn)生的有毒有害氣體。廢水中的污染物成分高達(dá)8～10種，主要包含鋇鹽廢水、硝鹽廢水、含油酸堿廢水，通常含有重金屬或具有腐蝕性。廢渣的成分較多，其中硝鹽廢渣和鋇鹽廢渣占大多數(shù)。熱處理產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣等一旦排放到空氣、水體或土壤中，將嚴(yán)重污染自然生態(tài)環(huán)境并危及人們的身體健康。

（四）專業(yè)人才匱乏，自主創(chuàng)新能力弱

一方面，我國(guó)緊缺熱處理技術(shù)人員。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，熱處理技術(shù)較高的上海、廣州、蘇州等城市熱處理技術(shù)人員占金屬材料熱處理企業(yè)總?cè)藬?shù)的比例不到6%，遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)家要求的15%的標(biāo)準(zhǔn);另一方面，熱處理企業(yè)同大部分企業(yè)一樣，人員流動(dòng)大，企業(yè)陳舊的管理理念留不住專業(yè)人才，這也給熱處理人員的崗前培訓(xùn)和人才培養(yǎng)儲(chǔ)備帶來(lái)影響。當(dāng)前，技工院校相關(guān)的專業(yè)課程開設(shè)較少。在熱處理生產(chǎn)技術(shù)節(jié)能方面，我國(guó)目前主要依靠引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和工藝，自主研發(fā)和創(chuàng)新還不夠。

二、金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)概述

（一）化學(xué)熱處理技術(shù)

化學(xué)熱處理技術(shù)也被稱為化學(xué)熱處理薄層注入技術(shù)，是通過(guò)化學(xué)處理的方式，使一種或幾種元素滲入金屬材料表層，改變鋼件表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理技術(shù)可以有效減少金屬材料表面的涂層厚度，縮短金屬材料的加熱時(shí)間，降低能源消耗。

（二）真空熱處理技術(shù)

在熱處理的過(guò)程中，金屬材料部件經(jīng)常出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，進(jìn)而因氧化失去金屬性能，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成資源的浪費(fèi)。為了解決此類問(wèn)題，真空熱處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。真空熱處理技術(shù)是在真空的環(huán)境下，對(duì)金屬材料表面進(jìn)行熱處理并快速過(guò)渡到高壓氣淬的工序，能夠縮短金屬材料熱處理的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的。

（三）激光熱處理技術(shù)

激光熱處理技術(shù)是用激光照射金屬材料表面，從而改善金屬材料表面性能，提高其表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性等的工藝。激光熱處理技術(shù)操作簡(jiǎn)單、方便、易控，對(duì)金屬材料熱影響區(qū)域較小，加熱快，硬化效果好，變形小。激光淬火生產(chǎn)工藝相較常規(guī)淬火，金屬零件硬度能夠提高20%以上，同時(shí)，不需要任何冷卻介質(zhì)，便可實(shí)現(xiàn)自冷硬化。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，激光熱處理技術(shù)加熱速度快，加熱時(shí)間短，熱畸變小，大大降低了能源消耗，縮減了生產(chǎn)成本。此外，該工藝為自冷卻方式，無(wú)須淬火液，是一種清潔的熱處理技術(shù)。

（四）感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)

感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)加熱的是工件局部，是通過(guò)感應(yīng)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在交變電流的作用下，感應(yīng)器（線圈）產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，作用于作業(yè)工件，工件表層的電能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)表面加熱。加熱層的厚度和通入的交變電流的頻率有關(guān)，頻率越高，加熱層的厚度越薄。感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)加熱速度快，不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小;加熱設(shè)備控制簡(jiǎn)單，操作容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而提高工作效率、降低生產(chǎn)成本。

（五）振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)

金屬材料經(jīng)熱處理后，受工藝、環(huán)境的影響，由于殘余熱應(yīng)力等的存在，金屬材料表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，導(dǎo)致熱處理產(chǎn)品達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，造成能源的極大浪費(fèi)。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)俗稱“振動(dòng)消除應(yīng)力法”，當(dāng)工件內(nèi)部的殘余內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料屈服限度時(shí)，通過(guò)采用不同頻段下的控制系統(tǒng)調(diào)整激振器的轉(zhuǎn)數(shù)，讓其產(chǎn)生離心力，讓待處理的金屬材料器件發(fā)生諧振，讓需要處理的工件部位發(fā)生交變運(yùn)動(dòng)，使材料發(fā)生細(xì)小的塑性變形，提升工件的穩(wěn)定性，避免工件變形等問(wèn)題出現(xiàn)。

（六）熱處理CAD技術(shù)

該技術(shù)將熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)熱處理工藝進(jìn)行模擬，精準(zhǔn)分析和掌握設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷及能源消耗，以便在實(shí)際作業(yè)中調(diào)整與改進(jìn)工藝參數(shù)，將熱處理過(guò)程中的能源損耗降到最低、污染降到最低，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。

三、小結(jié)

我國(guó)同先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比，熱處理行業(yè)目前還存在設(shè)備落后、工藝水平低、能耗大、污染重、人才匱乏等問(wèn)題。熱處理行業(yè)應(yīng)加大對(duì)節(jié)能技術(shù)的研究和實(shí)踐，逐漸淘汰舊設(shè)備、工藝，推廣節(jié)能技術(shù)，注重專業(yè)人才培養(yǎng)，注重研發(fā)創(chuàng)新，逐步建立一個(gè)管理精細(xì)、工藝先進(jìn)、綠色發(fā)展的優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的熱處理體系，從而為金屬制造業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇。

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（作者單位：鄭州工業(yè)技師學(xué)院）