金屬材料熱處理節能工藝優化研究

郭建

摘 要：隨著我國的工業制造業的高速發展，越來越重視制造和環境的有機、和諧統一，對金屬材料的加工效果也有著越來越高的要求，扮演著重要角色的金屬材料熱處理行業更是得到了快速的發展。目前，我國的各項生產制造行業都會應用到對金屬材料的熱處理技術，尤其是一些大型的機械行業，會對一些金屬鋼鐵材料進行熱加工處理，方便以后的生產作業過程，促進制造業的可持續快速發展。但是，現階段的熱處理技術存在著原料和能源消耗大的問題，有時還會極大的污染生態環境，所以如何降低金屬材料熱處理中消耗能源是現代工業化生產的重要解決任務。對于此，本文分析了金屬材料熱處理的三個必備過程，探討了金屬材料熱處理節能工藝優化措施，僅供參考。

關鍵詞：金屬材料熱處理 處理過程分析 節能工藝優化

1金屬材料熱處理的三個必備過程分析

金屬材料熱處理技術水平與產品質量直接相關，并影響到產品的物理性能。此外，在熱處理金屬材料時，高水平的技術不僅能減少金屬資源的浪費，還能降低熱處理工藝帶來的環境污染，達到節能環保的效果。根據溫度控制的變化，熱處理工藝總結為加熱、保溫、冷卻三個過程。

加熱是熱處理工藝的第一個步驟，早期的熱處理工藝加熱工序大部分利用木炭和煤炭作為熱源，隨著能源產業的發展，又出現了液體和氣體燃料;電力技術的普及，為熱處理加熱工序帶來了新的變革，普遍使用電力完成加熱過程，電加熱方式快捷并且易于控制，減少了對外部環境的污染。利用木炭、煤炭、液體氣體燃料以及電力等作為熱源，不借助加熱介質加熱統稱為直接加熱;間接加熱則是利用熔融的鹽或者浮動粒子達到金屬工件升溫的效果。在加熱過程中，為保護金屬工件不受大氣中氧氣、一氧化碳等氣體影響而發生氧化、脫碳等現象，加熱環境要確保可控，加熱裝置要具備氣氛保護功能，比如利用熔融鹽或者真空環境進行加熱，也可通過涂層或包裝來完成。

保溫工序是在一定的技術規范指導下，在確保加熱溫度和精準控制下，讓加熱之后的金屬工件保持一定的溫度，通常會在相變溫度以上進行加熱以獲得所需的結構。將金屬工件表面加熱到符合要求的溫度并保持在一定的時間間隔之內，以確保工件內部與外部溫度能夠保持一致，從而使金屬結構能夠實現完全轉變，這段時間間隔在熱處理工藝規范中稱為保溫時間;有些熱處理工藝保溫過程要求極短，甚至不需要保溫時間，例如，為了增加金屬材料表面的耐磨性，需要進行高能密度加熱，其特點是短時或者瞬間致熱，這個過程就不需要保溫時間。

熱處理的另一個重要工序是冷卻過程，不同的熱處理工藝，冷卻方式不同，冷卻速度各不相同，冷卻速度的控制是冷卻環節的關鍵，其中，退火最慢，正火較快，淬火最快，但是由于金屬材質的不同，其要求也不同，例如，空氣硬化鋼可以通過冷卻速率的標準化來硬化。

2金屬材料熱處理節能工藝優化措施

2.1加熱步驟中的節能熱處理。常用金屬材料的熱處理將固態金屬或者合金材料借助適當的方法進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結構與性能的工藝，創新的熱處理技術在實現上更加注重節能功效。從流程中能夠看出熱處理節能創新技術的整個操作步驟，在整個過程中主要秉承節能思想，在技術實施之前對金屬的外形結構進行設計，畫出設計圖在工作過程中按照設計圖來進行;設計好后在處理設備中加入各種原材料進行鑄造、鍛造、焊接等熱加工處理。熱加工處理有其固定的工作模式：主要是加熱、保溫、冷卻、超硬涂層、熱化學以及形變等熱處理，在操作過程中可以保持著真空環境還可以利用激光技術，不同的金屬熱處理技術主要是處理設備的參數設置不同，設備工藝的參數設置可以利用計算機自動化來實現。加熱步驟是熱處理的工作進行的第一步，金屬加熱時，原材料暴露在空氣中，常常發生氧化和脫碳現象，這對于熱處理后零件的表面性能有著很不利的影響，因而金屬通常在可控氣體或保護氣體中、熔融鹽中和真空設備中進行加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱，選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質量的關鍵問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而進行不同的處理操作，但一般都是加熱到相應的溫度以上，以獲得高溫組織。溫度的轉變需要一定的時間來維持，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，需要維持一段時間的溫度穩定，保證內外溫度一致，讓顯微組織轉變完全，這段時間為保溫時間，整個處理過程對溫度的設定要十分精準，保證精確的溫度就可以快速成形且能夠保證產品的質量。

2.2保溫步驟中的節能熱處理。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。為了更好的實現節能效果需要在保溫處理中補充一些材料以達到更好的保溫效果，對各種材料的加入質量需要精確，各類原材料配比方案。按照數據配比進行原材料的投放，在保證配比的情況下盡量避免原材料無用消耗。在保溫過程中更加精確的原料配比能夠靠原料自身的化學反應產生部分熱量，化學反應產生的熱量會根據反應物的數量而發生變化，在原料充分滿足制作工藝的同時還能夠通過自身的反應熱量提供保溫的效果，節省了工作中外界熱能的消耗。同時，也可以避免原材料的二次加入，避免設備中熱量的流失也節省了材料的消耗。

2.3冷卻步驟中的節能熱處理。冷卻也是熱處理工藝過程中不可或缺的一步，冷卻方法主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。冷卻的速度決定了產品的硬度和質量，在冷卻過程中介入外界熱量干預即可控制工作中產品的冷卻速度，冷卻速度控制不當可能會引起產品質量不合格也就導致二次加工，二次加工不僅會消耗大量的原材料還要重新進行生產流程消耗大量的熱能。所以在冷卻過程中除了要加入冷卻劑外還需要監控設備的溫度變化，維持正常的冷卻速度達到最佳的冷卻效果。經過處理即可得出半成品毛坯，即可進行切削加工，預先熱處理主要是應用于各類鑄、鍛、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及熱加工過程產生的缺陷，并為以后切削加工及熱處理準備良好的組織狀態，保證材料的切削性能和加工精度并減少變形。生產出的產品質量會比調整前的產品質量更高，質量高的產品可以降低產品的返廠率，減少二次加工和重新生產的次數，間接的節省能源的消耗。

結 語

總而言之，對于金屬材料熱處理來說，應該改變傳統的觀念，樹立環保與節能的觀念，與企業的實際情況進行結合，合理使用金屬材料熱處理節能技術，一方面降低企業能源耗費的情況，另一方面有效提升企業的經濟效益。除此之外，也應該加強現代化技術與傳統技術之間的有效結合，提升科技水平，推動我國熱處理行業邁向可持續發展道路。

參考文獻：

[1] 付哲.淺談金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢[J].世界有色金屬，2017（18）.

[2] 錢勇.金屬材料熱處理工藝與技術分析[J].科技風，2017（33）.