金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的研究

王潔梅

（滄州市生態(tài)環(huán)境局泊頭市分局，河北 泊頭 062150）

當(dāng)前，我國(guó)的制造行業(yè)越來(lái)越重視制造和環(huán)境的和諧、統(tǒng)一，為了促進(jìn)制造業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，這就要求金屬材料熱處理行業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下將節(jié)能減排作為重點(diǎn)。目前我國(guó)的金屬材料熱處理技術(shù)中節(jié)能新技術(shù)還在不斷的完善階段，新技術(shù)革新是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。加強(qiáng)金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究，對(duì)節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)熱處理產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要[1]。

1 金屬材料熱處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，金屬材料熱處理技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，成為了機(jī)械制造行業(yè)中重要的組成部分，由于它是高耗能行業(yè)，節(jié)能減排就成為了金屬熱處理行業(yè)中關(guān)鍵的因素。因此，金屬材料熱處理節(jié)能化、高質(zhì)化是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境，最大程度發(fā)揮金屬材料的潛力，成為金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 我國(guó)金屬材料熱處理節(jié)能生產(chǎn)現(xiàn)狀及問(wèn)題

2.1 高耗能，低產(chǎn)出

金屬材料熱處理是機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中重要的一個(gè)步驟，在制造過(guò)程中需要高溫加熱，對(duì)材料有著極大的損耗，金屬在高溫的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生有毒氣體排出；廢渣無(wú)法處理；工業(yè)浪費(fèi)等眾多問(wèn)題。

2.2 設(shè)備陳舊，工藝落后

在一些大型的熱處理廠，技術(shù)限制，節(jié)能措施不到位，能源利用率偏低。對(duì)一些小型的私人企業(yè)，設(shè)備更加陳舊，有的甚至使用淘汰設(shè)備，技術(shù)落后，資金業(yè)很難到位，產(chǎn)品質(zhì)量很難保證，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，更不要說(shuō)節(jié)能生產(chǎn)了。我國(guó)的金屬熱處理過(guò)程中，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，回廠返修率較高，甚至有的需要多次返工才能達(dá)到使用要求。這樣不但不會(huì)達(dá)到節(jié)能的目的，還會(huì)造成巨大的浪費(fèi)現(xiàn)象，工作效率和質(zhì)量會(huì)受到影響。

2.3 缺乏專業(yè)的技術(shù)人才

許多高校根據(jù)市場(chǎng)來(lái)選擇專業(yè)，造成這專業(yè)學(xué)生極少，就業(yè)率低下，專業(yè)人才大量缺失。老企業(yè)專業(yè)人才更不上技術(shù)發(fā)展需要，新企業(yè)又招不到專業(yè)的人才。各大高校對(duì)這部分學(xué)生不重視，有的甚至取消這個(gè)專業(yè)，這對(duì)我國(guó)熱處理領(lǐng)域的發(fā)展非常不利。

因此我國(guó)大多數(shù)金屬熱處理企業(yè)造成能耗過(guò)大的原因主要有設(shè)備負(fù)荷率低，裝爐量不足，設(shè)備的利用率低，加熱設(shè)備落后，無(wú)效熱消耗多，工藝落后等[2]。所以就目前我國(guó)該產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況看，要實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理環(huán)境節(jié)能的目的，必須在新技術(shù)方面尋找突破口。

3 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 化學(xué)熱處理技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)熱處理技術(shù)主要就是經(jīng)過(guò)化學(xué)技術(shù)處理金屬表面，降低金屬材料的厚度，以達(dá)到減少加熱時(shí)間的目的，節(jié)約能源消耗。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，金屬材料表面的滲碳層降低20%，就會(huì)節(jié)省電能20%，節(jié)省煤炭資源或石油資源的40%。除此以外，化學(xué)熱處理技術(shù)對(duì)金屬材料本身沒(méi)有什么影響，更不會(huì)造成金屬材料破壞，還能延長(zhǎng)材料本身的使用壽命。比如在我國(guó)生產(chǎn)自行車鋼球中，采用薄層滲碳技術(shù)以后，不僅使生產(chǎn)效率提高到40%，而且節(jié)約電能30%，使用壽命也提高了3倍，這樣就實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保的雙層效果。因此，化學(xué)熱處理技術(shù)有顯著的節(jié)能效果，對(duì)減輕環(huán)境污染有很大的幫助。

3.2 真空熱處理技術(shù)的應(yīng)用

金屬材料真空熱處理技術(shù)是指將金屬材料構(gòu)件熱處理工藝放在真空環(huán)境下進(jìn)行，最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用無(wú)氧處理介質(zhì)，金屬材料本身不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部氧化問(wèn)題。因?yàn)樵O(shè)備能夠提高滲碳溫度，所以大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間。并且真空熱處理氣體排放量大幅減少，不需要點(diǎn)火裝置，加熱和降溫時(shí)間更短，使設(shè)備利用效率得到很大提高。目前國(guó)際上真空熱處理的發(fā)展方向主要有抽真空后反惰性氣體并且在爐膛內(nèi)配置攪拌風(fēng)扇，使用對(duì)流傳熱方式使加熱更快；經(jīng)過(guò)加壓，使用更高熱交換能力的氣體、冷淬室和噴嘴等提高冷卻速率，用來(lái)推廣應(yīng)用真空氣淬技術(shù)。發(fā)展等離子滲碳技術(shù)，開(kāi)發(fā)新型真空氣淬爐，推廣高壓氣淬技術(shù)。在國(guó)外有20%左右熱處理設(shè)備采用真空設(shè)備，而我國(guó)目前采用比重不到5%，該技術(shù)有著很大的發(fā)展空間，推廣此技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品性能還是節(jié)約能耗都是一項(xiàng)大的突破。

3.3 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用

激光熱處理也稱激光淬火或激光相變硬化，是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相變點(diǎn)以上，激光束離開(kāi)被照射部位時(shí)，由于熱傳導(dǎo)作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進(jìn)行自冷淬火，得到較細(xì)小的硬化層組織，硬度一般高于常規(guī)淬火硬度。處理過(guò)程中工件變形極小，適用于其他淬火技術(shù)不能完成或難以實(shí)現(xiàn)的某些工件或工件局部部位的表面強(qiáng)化。激光熱處理自動(dòng)化程度較高，硬化層深度和硬化面積可控性好。該技術(shù)主要用于強(qiáng)化汽車零部件或工模具的表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強(qiáng)度和高溫性能等，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔、曲軸、沖壓模具、鑄造型板等的激光熱處理。主要是利用激光本身所含有的高能量密度，對(duì)金屬表面進(jìn)行照射，增加金屬表面能量，可以達(dá)到200—10000KW/CM2。實(shí)現(xiàn)材料變相硬化、表面合金化等表面性處理，達(dá)到表面成分、組織、性能的改變。激光熱處理高速加熱，高速冷卻，獲得的組織細(xì)密、硬度高、耐磨性能好[3]。激光還可以遠(yuǎn)距離傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械工業(yè)的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。能源消耗大幅度降低，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3.4 振動(dòng)時(shí)效熱處理的應(yīng)用

振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)主要是處理消除金屬構(gòu)件殘余的應(yīng)力，幫助其穩(wěn)定大小，防止金屬變形和開(kāi)裂的技術(shù)。對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理后，受到環(huán)境的影響，容易產(chǎn)生小裂紋或者殘余應(yīng)力，對(duì)這些問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)處理，否則會(huì)影響金屬材料的使用壽命，出現(xiàn)質(zhì)量不合格的問(wèn)題，造成資源浪費(fèi)，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。振動(dòng)時(shí)效處理后，能及時(shí)解決這一問(wèn)題，大大節(jié)約電能，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可以節(jié)約電能20%左右，金屬材料的韌性可以提高40%左右。

3.5 熱處理CAD技術(shù)

該技術(shù)是借助電腦在模擬的環(huán)境下對(duì)技術(shù)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。比如開(kāi)發(fā)智能控制熱處理噴淋、噴霧冷卻技術(shù)、淬火劑和淬火方法的正確選擇，用變傳遞系數(shù)方法加快滲碳過(guò)程減少?gòu)U氣排放量、熱處理節(jié)能等方面，熱處理智能CAD技術(shù)可發(fā)揮主要作用，是高新技術(shù)在綠色熱處理中應(yīng)用的重要方面[4]。選擇新型的材料和爐壁結(jié)構(gòu)，利用三維溫度場(chǎng)來(lái)計(jì)算，可以減少燃料消耗量，縮短加熱時(shí)間，設(shè)備利用率得到大幅度提高。通過(guò)該技術(shù)，全方面的還原處理效果在實(shí)際過(guò)程中發(fā)揮的作用，通過(guò)分析，選擇合適的材料、合適的爐墻結(jié)構(gòu)，從而減少熱處理過(guò)程中的故障，保障施工的穩(wěn)定進(jìn)行，減少財(cái)力、物力的消耗。

3.6 改善熱處理設(shè)備材料，提高能源消耗利用率

現(xiàn)在我國(guó)大多數(shù)熱處理廠使用的原材料都是普通的材料，導(dǎo)熱性差，保溫隔熱性差，這就需要更多的能源消耗來(lái)維持熱處理工序，造成不必要的能源浪費(fèi)。如果采用保溫和隔熱性能好的材料來(lái)代替普通的材料，比如陶瓷纖維等材料，這樣在節(jié)能方面能達(dá)到一定的效果。在熱處理工序上，許多企業(yè)沒(méi)有充分利用廢熱，廢熱能就排放到環(huán)境中[5]。如果安裝回流裝置對(duì)爐進(jìn)行回?zé)幔瑢?huì)大大提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)、制造業(yè)業(yè)迅猛發(fā)展，但是環(huán)境惡化、能源消耗嚴(yán)重等現(xiàn)象引起人們對(duì)環(huán)保的高度重視，加大了對(duì)能源和環(huán)保的關(guān)注度。發(fā)展經(jīng)濟(jì)，不能損害環(huán)境，這就需要研究新的科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。要想達(dá)到金屬熱處理行業(yè)節(jié)能的目標(biāo)，需要行業(yè)不斷更新技術(shù)設(shè)備，引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)工藝，發(fā)掘更多節(jié)能工藝。我國(guó)熱處理技術(shù)的發(fā)展方向是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活，這就要求我們將機(jī)械工業(yè)發(fā)展和污染防治相結(jié)合，優(yōu)化熱處理工藝，綜合利用熱處理廢品，達(dá)到最大的資源優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)熱處理產(chǎn)業(yè)走低能耗、低排放、低污染的可持續(xù)性發(fā)展之路。現(xiàn)代制造技術(shù)重視制造與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要和制造技術(shù)、環(huán)境科學(xué)、人文科學(xué)有機(jī)融合。先進(jìn)的熱處理技術(shù)是保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。我國(guó)目前的熱處理行業(yè)屬于能耗高、污染大的行業(yè)，是用電大戶。我國(guó)的熱處理行業(yè)的節(jié)能潛力有很大的上升空間，加大研究金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)，減少能源消耗，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)和機(jī)械業(yè)熱處理的健康發(fā)展。