金屬材料熱處理節能工藝優化研究

王文文

摘要：隨著我國工業化進程的飛速發展，對金屬材料的需求和要求也越來越高。科學技術的不斷發展，金屬熱處理工藝水平不斷提升，使金屬材料的處理也更加理想。提高對金屬熱處理的能力，不僅可以提升金屬物理屬性，還間接對工業生產發展提供支持保障，應加大新技術的開發力度，重視新技術在金屬材料熱處理中的應用，實現節能減排。

關鍵詞：金屬材料熱處理; 處理過程分析; 節能工藝優化

1 金屬材料熱處理工藝

金屬材料由不同的元素組成，具有不穩定性。金屬材料熱處理工藝，可以大幅度提高金屬的耐磨性、強度、硬度、抗疲勞性等，滿足對金屬材料不同的使用要求。金屬材料熱處理工藝，改變金屬的硬度、導熱性、導磁性，柔韌性和延展性等屬性，不同的熱處理技術可以獲得理想的金屬材料，助力工業化發展。

淬火工藝可以提高金屬材料的強硬度和耐磨性，因而在現代機械制造工業應用廣泛。淬火工藝是金屬材料熱處理的重要工藝，為了適應對金屬材料的不同需求，孕育而生各種猝火工藝來滿足需要。例如，臨汾職業技術學院在焊接某些合金鋼時，熱影響區中可能發生淬火現象而變硬，在焊接接頭冷卻到較低溫度時，造成局部壓力導致性能脆化，導致變形或開裂。在淬火鋼回火后，可以調整和穩定金屬的結晶組織，獲得要求的強度、硬度滿足使用需求。隨著科學技術的不斷發展和測試技術的不斷完善，中碳鋼淬火的斷裂韌性比普通淬火的幾乎提高一倍，應對其采用快速、短時加熱。在淬火工藝中，馬氏體板條外面包著一層厚100～200朋殘余奧氏體，采用快速淬火，就會使其強度和耐磨性比其它冷作模的韌性得到大幅度提升。

2 金屬材料熱處理工藝現狀

2.1設備落后，工藝水平低

改革開放之后，我國工業化成就十分明顯，就制造行業而言，其在我國國民生產總值中的占比在逐步提升，基于此，能夠為金屬材料熱處理領域帶來機遇。但是當前我國多數工廠的金屬熱處理節能新技術水平和國際水平之間存在著一定的差距，一方面被科學技術與經濟等方面所制約，另一方面被滯后的設施設備所影響。即使當前的金屬材料熱處理技術被廣泛的應用，但是在實際生產的過程中，節能方面的技術并不到位，特別是對于某些小型的廠子或者是私人企業而言，其生產設施設備較為落后，其工藝水平比較低，造成金屬材料加工的過程中，熱處理時會出現很多的污染物，一方面無法對能源進行全面且有效地利用，另一方面也在很大程度上破壞的生態環境。

2.2能源消耗高，利用率低

我國對金屬材料進行熱處理的企業非常多，具備十分龐大的工人數，此行業中的能源消耗在我國整體能源消耗中占比比較大，是工業領域能源消耗比較高的產業，要求金屬材料的熱處理朝著節能新型技術的方向不斷發展。在國外發達國家工業發展過程中，十分重視能源的利用效率，只有對能源進行全面有效地利用，才能夠防止能源浪費的情況出現。我國的能源消耗比較大，利用率比較低，導致能源的生產質量與效率都不高。

3 金屬材料熱處理節能工藝優化措施

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 結語

現階段，我國所使用的金屬材料主要是鋼鐵材料，一般情況下，大多數金屬制造企業使用熱處理節能新技術。但是，我國金屬材料的熱處理節能新技術仍然存在著一系列的問題，例如，資源浪費、污染環境等，只有采取相應的解決對策，有效的解決這些問題，才能夠推動我國金屬材料熱處理產業的健康可持續發展。

參考文獻：

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（作者單位：天津達祥精密工業有限公司）