金屬材料熱處理的節(jié)能技術探究

李曉麗

摘 要：科技的進步推動了我國金屬制造業(yè)的發(fā)展。金屬材料的熱處理是金屬制造過程的關鍵，金屬材料熱處理的節(jié)能技術是近年來金屬制造業(yè)關注的重點。本文在分析金屬材料熱處理現(xiàn)狀的基礎上，對金屬材料熱處理的節(jié)能技術進行了概括，以期為金屬材料熱處理節(jié)能工作提供參考。

關鍵詞：金屬材料? ? 熱處理? ? 節(jié)能技術

金屬材料的制造是金屬行業(yè)發(fā)展的關鍵，而金屬材料制造的關鍵工藝是熱處理，熱處理過程約占整個金屬材料制造生產(chǎn)過程的25%。傳統(tǒng)的金屬材料熱處理存在能耗大、污染大等問題。金屬材料熱處理的節(jié)能技術探究迫在眉睫。

一、我國金屬材料熱處理現(xiàn)況

（一）設備落后，工藝水平低

我國金屬材料熱處理企業(yè)整體上呈現(xiàn)出多而弱、小而散的特征。超過60%占主導地位的民營熱處理加工企業(yè)屬于小微企業(yè)，其特點是勞動密集型生產(chǎn)、設備落后、生產(chǎn)工藝水平低、自動化程度低。其中大部分企業(yè)沿用的還是傳統(tǒng)陳舊的熱處理與節(jié)能工藝，能量耗損較高，理念相對落后，這導致大量的能源被白白浪費。

（二）能源消耗高，利用率低

大部分中小型的金屬材料熱處理企業(yè)采用粗放型管理，沒有給予工藝和技術足夠的重視，導致其在生產(chǎn)和制造的過程中出現(xiàn)了能源消耗過大、利用效率較低等問題。據(jù)統(tǒng)計，我國在熱處理上的能量耗損是美國、德國等熱處理技術發(fā)達國家的數(shù)倍。而由于設備落后和工藝水平低，成品的質量往往達不到相關要求，不合格的成品還需要返廠重修，造成了資源的極大浪費。

（三）廢棄物多，污染嚴重

熱處理過程中會產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣和噪聲等污染。因各金屬材料熱處理企業(yè)設備和工藝的不同，產(chǎn)生的主要污染物也不同。通常情況下，廢氣是由氯、溴等鹵族元素產(chǎn)生的有毒有害氣體。廢水中的污染物成分高達8～10種，主要包含鋇鹽廢水、硝鹽廢水、含油酸堿廢水，通常含有重金屬或具有腐蝕性。廢渣的成分較多，其中硝鹽廢渣和鋇鹽廢渣占大多數(shù)。熱處理產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣等一旦排放到空氣、水體或土壤中，將嚴重污染自然生態(tài)環(huán)境并危及人們的身體健康。

（四）專業(yè)人才匱乏，自主創(chuàng)新能力弱

一方面，我國緊缺熱處理技術人員。經(jīng)統(tǒng)計，熱處理技術較高的上海、廣州、蘇州等城市熱處理技術人員占金屬材料熱處理企業(yè)總人數(shù)的比例不到6%，遠達不到國家要求的15%的標準;另一方面，熱處理企業(yè)同大部分企業(yè)一樣，人員流動大，企業(yè)陳舊的管理理念留不住專業(yè)人才，這也給熱處理人員的崗前培訓和人才培養(yǎng)儲備帶來影響。當前，技工院校相關的專業(yè)課程開設較少。在熱處理生產(chǎn)技術節(jié)能方面，我國目前主要依靠引進國外先進設備和工藝，自主研發(fā)和創(chuàng)新還不夠。

二、金屬材料熱處理節(jié)能技術概述

（一）化學熱處理技術

化學熱處理技術也被稱為化學熱處理薄層注入技術，是通過化學處理的方式，使一種或幾種元素滲入金屬材料表層，改變鋼件表層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。化學熱處理技術可以有效減少金屬材料表面的涂層厚度，縮短金屬材料的加熱時間，降低能源消耗。

（二）真空熱處理技術

在熱處理的過程中，金屬材料部件經(jīng)常出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，進而因氧化失去金屬性能，影響產(chǎn)品質量，造成資源的浪費。為了解決此類問題，真空熱處理技術應運而生。真空熱處理技術是在真空的環(huán)境下，對金屬材料表面進行熱處理并快速過渡到高壓氣淬的工序，能夠縮短金屬材料熱處理的時間，達到節(jié)能的目的。

（三）激光熱處理技術

激光熱處理技術是用激光照射金屬材料表面，從而改善金屬材料表面性能，提高其表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性等的工藝。激光熱處理技術操作簡單、方便、易控，對金屬材料熱影響區(qū)域較小，加熱快，硬化效果好，變形小。激光淬火生產(chǎn)工藝相較常規(guī)淬火，金屬零件硬度能夠提高20%以上，同時，不需要任何冷卻介質，便可實現(xiàn)自冷硬化。實際應用時，激光熱處理技術加熱速度快，加熱時間短，熱畸變小，大大降低了能源消耗，縮減了生產(chǎn)成本。此外，該工藝為自冷卻方式，無須淬火液，是一種清潔的熱處理技術。

（四）感應加熱熱處理技術

感應加熱熱處理技術加熱的是工件局部，是通過感應電流來實現(xiàn)的。在交變電流的作用下，感應器（線圈）產(chǎn)生交變磁場，作用于作業(yè)工件，工件表層的電能轉化為熱能，實現(xiàn)表面加熱。加熱層的厚度和通入的交變電流的頻率有關，頻率越高，加熱層的厚度越薄。感應加熱熱處理技術加熱速度快，不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小;加熱設備控制簡單，操作容易實現(xiàn)自動化，從而提高工作效率、降低生產(chǎn)成本。

（五）振動時效處理技術

金屬材料經(jīng)熱處理后，受工藝、環(huán)境的影響，由于殘余熱應力等的存在，金屬材料表面經(jīng)常會出現(xiàn)細小的裂紋，導致熱處理產(chǎn)品達不到相應標準，造成能源的極大浪費。振動時效處理技術俗稱“振動消除應力法”，當工件內部的殘余內應力超過材料屈服限度時，通過采用不同頻段下的控制系統(tǒng)調整激振器的轉數(shù)，讓其產(chǎn)生離心力，讓待處理的金屬材料器件發(fā)生諧振，讓需要處理的工件部位發(fā)生交變運動，使材料發(fā)生細小的塑性變形，提升工件的穩(wěn)定性，避免工件變形等問題出現(xiàn)。

（六）熱處理CAD技術

該技術將熱處理技術與計算機相結合，通過計算機軟件對熱處理工藝進行模擬，精準分析和掌握設備的設計缺陷及能源消耗，以便在實際作業(yè)中調整與改進工藝參數(shù)，將熱處理過程中的能源損耗降到最低、污染降到最低，從而實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。

三、小結

我國同先進工業(yè)國家相比，熱處理行業(yè)目前還存在設備落后、工藝水平低、能耗大、污染重、人才匱乏等問題。熱處理行業(yè)應加大對節(jié)能技術的研究和實踐，逐漸淘汰舊設備、工藝，推廣節(jié)能技術，注重專業(yè)人才培養(yǎng)，注重研發(fā)創(chuàng)新，逐步建立一個管理精細、工藝先進、綠色發(fā)展的優(yōu)質、高效、節(jié)能、環(huán)保的熱處理體系，從而為金屬制造業(yè)帶來新的機遇。

參考文獻：

[1]苗高蕾.淺談金屬材料熱處理節(jié)能新技術的運用[J].化工管理，2013（12）.

[2]劉亞光.基于金屬材料熱處理節(jié)能新技術應用的分析[J].科技風，2017（10）.

[3]蔣超友.金屬材料熱處理節(jié)能新技術的運用研究[J].中國金屬通報，2020（2）.

[4]張存來.金屬材料熱處理節(jié)能技術研究進展[J].石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報，2015，14（3）.

（作者單位：鄭州工業(yè)技師學院）