金屬材料熱處理節(jié)能新技術的運用研究

王亞真　任湘君　趙躍鵬

摘要：隨著科技和經(jīng)濟的不斷繁榮發(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)展新的科學技術與生產(chǎn)工藝避免犧牲環(huán)境與能源換來經(jīng)濟的發(fā)展。所以金屬材料熱處理節(jié)能技術的開創(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，還能有效的解決熱處理耗電量大的不足。因此，推進金屬材料熱處理節(jié)能新技術的應用對于貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念具有重大的意義。

關鍵詞：熱處理技術；節(jié)能；環(huán)保

目前在我國鋼鐵材料中，應用最多需求就是熱處理鋼材料，占比達25%，所以在可持續(xù)發(fā)展的道路上，在開發(fā)節(jié)能新技術中，把熱處理節(jié)能新技術作為首要目標是必要的。積極研發(fā)熱處理節(jié)能新技術，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)能新技術的原理和應用。

1、化學處理方法：薄層滲碳技術

目前，我國在金屬材料熱處理節(jié)能新技術的應用中，化學熱處理-薄層滲入技術應用是最為廣泛的。這項薄層滲入技術的應用打破人們的常規(guī)認知，在金屬表層滲入化學元素，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度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性﹐使工件能承受沖擊載荷 。

目前在共享經(jīng)濟下，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營的自行車總量已經(jīng)達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材料薄層滲碳技術運用其中，可以節(jié)約的電量是無可估量的，同時也減少了甲醇和煤油一半以上的使用量，并且由于加熱時間短、材料成型時間短，使得鋼珠提高至少兩倍以上。

這項新技術的發(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

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，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標。

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、實踐和對比，我們可以明顯的看出，經(jīng)過超硬涂層技術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

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?？?，對成品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了減少這種損耗，真空熱處理工藝技術應運而生。

所謂的真空，并不是在真空環(huán)境下進行熱處理，而是在無氧的狀態(tài)下進行熱處理，因為在無氧下，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縮短了零件的制作周期，這樣就減少了加熱持續(xù)時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間，保護了部分設備，延長了設備的使用壽命，抑制真空熱處理廢氣的排放。間接達到了節(jié)能減排的目的。

目前最為主流的技術就是在真空爐中滲氮，運用空氣抽取技術將真空爐中的部分氣體排空，使得爐內(nèi)的壓強達到0.133Pa（1×10-3Torr）后，給將爐中工件加熱達到550°左右，在達到溫度要求是，向爐中輸送含有活性物質(zhì)的多種復合氣體，通過控制不同氣體的送入量對工藝進行進行控制，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，滲氮技術實質(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。

真空滲氮的另一個優(yōu)點是可以得到?jīng)]有化合物層但是有擴散層的表面組織，因為當我們把爐中的其他排出使真空爐內(nèi)壓力到達0.l33Pa（1×10-3Torr）后就可以形成，在此之外就是當在短時間帶有活性物質(zhì)的復合氣體向鋼中擴散形成的組織。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械中應用于酸堿性環(huán)境的機械零件以及彈簧等都需要滲氮技術對其加以改進，這項技術的應用范圍較廣，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，穿透性強的優(yōu)勢，在短時間內(nèi)通過高能量的激光把工件加熱到需要的溫度，同時在產(chǎn)品奧體化后對其進行迅速淬火，這樣一來，金屬表面就會立刻硬化，運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，擁有更加細密的金屬層，使用壽命更長，抗磨損能力更高的特點。

這項激光熱處理工藝主要運用在工件的局部區(qū)域，而且可以在同一臺激光熱處理機器上在同一表面同時對多個工件進行加工，一方面提高了制造周期，另一方面減少了購買設備的成本，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志。熱處理對我國機械制造業(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、增強產(chǎn)品市場競爭力的重要手段，是實現(xiàn)我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變必須突破的重要基礎工藝。

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