金屬材料熱處理的節(jié)能新技術(shù)運用

王婷

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-2308

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，各行各業(yè)對金屬的需求量不斷增加，金屬材料熱處理過程中，金屬材料表面形態(tài)和內(nèi)部化學(xué)成分組織經(jīng)過正火、退火、回火、淬火加工工藝下發(fā)生改變，進(jìn)而金屬將擁有全新性能。當(dāng)前，熱處理問題在于熱處理期間耗費許多電力能源，與我國主張的節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)不符，進(jìn)而真空、激光、化學(xué)、振動時效等處理技術(shù)得以研發(fā)，各項技術(shù)被應(yīng)用在不同金屬材料熱處理情況下，不僅提高了金屬材料熱處理質(zhì)量和效率，還促進(jìn)了節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

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

中圖分類號：TB741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）08（a）-0074-03

Application of New Energy-saving Technology in Heat Treatment of Metal Materials

WANG Ting

（Xianyang Normal University， Xianyang， Shaanxi Province， 712000 China）

Abstract： With the development of social economy and science and technology， the demand for metal in all walks of life is increasing. During the heat treatment of metal materials， the surface morphology and internal chemical composition and organization of metal materials are changed through normalizing， annealing， tempering and quenching processes， and then the metal will have new properties. At present， the problem of heat treatment is that heat treatment consumes a lot of electric energy， which is inconsistent with the strategic goal of energy saving and emission reduction advocated by our country， the application of various technologies in different metal materials heat treatment not only improves the quality and efficiency of metalmaterials heat treatment， but also promotes the realization of energy saving and emission reduction.

Key Words： Metal materials; Heat treatment; Energy saving; New technique

1? 國內(nèi)金屬材料熱處理生產(chǎn)現(xiàn)狀

機械制造業(yè)的發(fā)展與崛起，對金屬材料熱處理行業(yè)發(fā)展起到推動作用。當(dāng)前，我國各地區(qū)金屬材料熱處理企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，相關(guān)研究結(jié)果顯示：國內(nèi)金屬熱處理企業(yè)超過1.5萬家，從事生產(chǎn)的工人臨近45萬。金屬材料熱處理過程中，所耗能源巨大，且容易對周邊環(huán)境造成污染，尤其是一些生產(chǎn)企業(yè)仍沿襲傳統(tǒng)熱處理工藝，在生產(chǎn)量逐年增加背景下，消耗量也越來越大，金屬材料熱處理電力耗能占總能耗25%左右[1]。而一些發(fā)達(dá)國家因為開展金屬材料熱處理技術(shù)研究較早，所以在相同能源消耗下，其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)行業(yè)產(chǎn)量，甚至超過其數(shù)倍，工藝和技術(shù)不合理的使用，給金屬材料熱處理企業(yè)帶來一定損失。從節(jié)能角度上看，相對于金屬熱處理企業(yè)，其他行業(yè)節(jié)能技術(shù)研發(fā)較早，技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬熱處理行業(yè)。這是金屬熱處理行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)滯后的體現(xiàn)，加上部門金屬熱處理企業(yè)受到資金、人力、技術(shù)等限制，導(dǎo)致節(jié)能措施得不到有效落實，設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成功率較低，很多產(chǎn)品生產(chǎn)后需要修復(fù)才能夠出售，甚至需要多次加工，造成了極大的資源浪費，更無法實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

2? 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)運用中常見問題

2.1 設(shè)備工藝落后

金屬材料熱處理生產(chǎn)活動開展過程中，生產(chǎn)技術(shù)水平的高低與生產(chǎn)質(zhì)量、效率息息相關(guān)，二者呈正比，由于部分企業(yè)尚未有效落實節(jié)能，導(dǎo)致能源利用率大打折扣，加上污染物未經(jīng)處理肆意排放，給自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染，破壞了周邊生態(tài)環(huán)境[2]。

2.2 能源消耗大，生產(chǎn)效率低

世界范圍內(nèi)，西方一些發(fā)達(dá)國家開展金屬材料熱處理技術(shù)研究較早，所以工藝水平更加成熟，工藝技術(shù)得以創(chuàng)新和完善，大幅度節(jié)約了節(jié)能消耗量。直至20世紀(jì)80年代后，發(fā)達(dá)國家金屬材料熱處理能源消耗已經(jīng)得到控制，而國內(nèi)能源耗量是發(fā)達(dá)國家的2～4倍，能源總量消耗不斷增加，發(fā)展到今時今日，經(jīng)過專業(yè)人士的努力，金屬材料熱處理技術(shù)得以更新，工藝進(jìn)一步創(chuàng)新，初步實現(xiàn)了控制能源耗量的目標(biāo)，生產(chǎn)水平也一定程度上提升，但仍達(dá)不到節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.3 產(chǎn)品合格率低

我國金屬材料熱處理企業(yè)中，有50%左右的企業(yè)不僅工藝滯后，還存在設(shè)備陳舊問題，最終所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)，或合格率偏低，返修率高達(dá)30%。部分產(chǎn)品需要經(jīng)過多次返修才得以通過，仍無法滿足工藝生產(chǎn)需求的產(chǎn)品結(jié)局就是被淘汰，造成了極大的資源浪費，生態(tài)環(huán)境污染隨之加劇，這與節(jié)能減排降耗相關(guān)要求背道相馳，對金屬材料熱處理企業(yè)發(fā)展產(chǎn)生制約性影響，不利于其可持續(xù)發(fā)展[4]。

2.4 缺乏金屬材料熱處理專業(yè)技術(shù)人才

金屬材料熱處理中，缺乏專業(yè)技術(shù)人才問題十分嚴(yán)重，且直至現(xiàn)在還沒有得到解決?，F(xiàn)代社會，人們對熱處理人員專業(yè)素質(zhì)、技術(shù)掌握能力提出了更高的要求。但實際情況卻是，不僅企業(yè)內(nèi)部針對熱處理人員培養(yǎng)力度不足，還存在企業(yè)熱處理技術(shù)人員老齡化嚴(yán)重問題，沒有新鮮血液及時補充到行業(yè)中，即便加強力度宣傳新興技術(shù)，仍不到預(yù)期成效，加上當(dāng)前對專業(yè)金屬材料熱處理人才需求量不斷增加，導(dǎo)致熱處理專業(yè)人才和實際需求拉開越來越大的差距?，F(xiàn)階段，市場上從事金屬材料熱處理事業(yè)的人員，相對來說教育水平較低，通常依靠自身經(jīng)驗開展，金屬材料熱處理企業(yè)仍沒有意識到這一問題，過于注重開拓市場、引進(jìn)技術(shù)，忽略人才引進(jìn)與培養(yǎng)，對生產(chǎn)活動及新技術(shù)使用效果造成不利影響[5]。

3? 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)及其運用

3.1 真空熱處理技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技日新月異，基于此，金屬材料構(gòu)件熱處理能夠在真空環(huán)境下完成，完成表面處理工藝后，通過高壓直接氣淬，這樣及滿足了工藝生產(chǎn)要求，還能夠有效提高材料熱處理效率，降低能源耗量，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。但是，當(dāng)前技術(shù)仍存在很多局限，無法提供絕對的真空環(huán)境，一般情況下，金屬材料真空熱處理技術(shù)在10 Pa的環(huán)境中得以運用，可以滿足熱處理生產(chǎn)需求。工藝不斷發(fā)展、技術(shù)不斷創(chuàng)新背景下，金屬材料表面處理水平也大幅度提高，規(guī)避了以往處理中存在氣孔和材料變形問題，給金屬性能帶來的影響相對較小，不失為一種科學(xué)有效的熱處理方式[6]。

3.2 激光熱處理技術(shù)

激光熱處理技術(shù)是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)下延伸而來的，金屬材料熱處理行業(yè)中，該技術(shù)屬于新型技術(shù)。應(yīng)用原理是通過激光中高能力密度，在金屬材料表面照射，將表面能源控制在一定范圍內(nèi)，這樣可以更好地滿足金屬材料熱處理需求。

3.3 化學(xué)熱處理技術(shù)

化學(xué)熱處理技術(shù)涉及化學(xué)學(xué)科知識，是通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)的熱處理，進(jìn)而有效降低金屬材料表面涂層厚度，這里需要注意，采取該項技術(shù)要盡量避免涂層過厚，以免對金屬材料自身性能產(chǎn)生影響。除此之外，嚴(yán)格控制材料涂層厚度，這樣不僅可以節(jié)省加熱時間，同時也有利于降低能源消耗。經(jīng)過實踐探究了解到，若金屬材料表面滲碳涂層減少20%以上，則石油、煤炭、電能耗量都隨之降低，能源效果十分可觀。由于化學(xué)熱處理技術(shù)具有特殊性質(zhì)，因此相對來說，對金屬材料性質(zhì)破壞性更小，能夠延長材料使用壽命，提高材料質(zhì)量，進(jìn)而確保企業(yè)生產(chǎn)加工經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.4 振動時效處理技術(shù)

從宏觀角度上看，振動時效處理技術(shù)提高了金屬零件塑性變形速度，金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力得以降低，進(jìn)而保證了金屬零件加工精度。實踐結(jié)果顯示，振動時效加工工藝可以降低30%以上的殘余應(yīng)力;從微觀角度上看，振動時效處理技術(shù)是在金屬零件上施加一定附加動應(yīng)力，進(jìn)而這種附加動應(yīng)力與金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力相結(jié)合疊加，有效防治了金屬零件塑性變形，金屬零件的強度也進(jìn)一步提升。若采取傳統(tǒng)方式進(jìn)行熱處理，需要耗費大量能源用于加熱，且耗費較長時間才能夠改變金屬零件性狀，電力能源消耗也很大，熱處理還往往達(dá)不到預(yù)期效果。因此，從節(jié)能減排角度上來講，使用振動時效處理技術(shù)，能夠通過不同頻率多諧波共振原理，構(gòu)建多型振動時效電腦控制裝置，以此替代傳統(tǒng)熱處理技術(shù)，振動時效處理技術(shù)相比傳統(tǒng)技術(shù)，使用過程中電力能源節(jié)省50%以上，同時金屬零件抗變形能力也有所提高[7]。

3.5 熱處理中CAD技術(shù)的運用

眾所周知，計算機是CAD技術(shù)應(yīng)用載體，金屬材料熱處理期間，人員可以通過計算機系統(tǒng)模擬軟件，模擬演示熱處理工藝使用流程，進(jìn)而找到工藝中存在的缺陷，確定設(shè)備，并且能夠掌握一定電力能源消耗數(shù)據(jù)，之后開展模擬數(shù)據(jù)分析，為節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考依據(jù)，科學(xué)調(diào)整模擬流程，在完善不足之處后再投入生產(chǎn)。這種事前預(yù)測分析方式，可以更加準(zhǔn)確評估熱處理效果，將節(jié)能技術(shù)運用到合理環(huán)節(jié)，也便于企業(yè)對設(shè)備節(jié)能參數(shù)的調(diào)整，直至設(shè)備達(dá)到最佳節(jié)能狀態(tài)。該技術(shù)當(dāng)前已得到許多金屬材料熱處理企業(yè)認(rèn)可，成為了應(yīng)用最為廣泛的事前預(yù)測技術(shù)之一，實際運用期間，取得了較好的節(jié)能效果。

4? 結(jié)語

工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)高速發(fā)展，金屬材料熱處理是工業(yè)生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，金屬材料熱處理質(zhì)量關(guān)系到金屬材料質(zhì)量。近年來，金屬材料熱處理技術(shù)水平不斷提高，處理效率得以提高，但是中耗能不斷增加，對環(huán)境造成污染與破壞，和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)不符。因此，為了提高金屬材料熱處理質(zhì)量、效率，同時實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，為企業(yè)取得好的經(jīng)濟(jì)效益，該文針對金屬材料熱處理新技術(shù)應(yīng)用問題進(jìn)行了分析，探究了新技術(shù)運用方法，促進(jìn)金屬材料熱處理企業(yè)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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