金屬材料熱處理的節能技術探究

李曉麗

摘 要：科技的進步推動了我國金屬制造業的發展。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能技術是近年來金屬制造業關注的重點。本文在分析金屬材料熱處理現狀的基礎上，對金屬材料熱處理的節能技術進行了概括，以期為金屬材料熱處理節能工作提供參考。

關鍵詞：金屬材料? ? 熱處理? ? 節能技術

金屬材料的制造是金屬行業發展的關鍵，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過程的25%。傳統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能技術探究迫在眉睫。

一、我國金屬材料熱處理現況

（一）設備落后，工藝水平低

我國金屬材料熱處理企業整體上呈現出多而弱、小而散的特征。超過60%占主導地位的民營熱處理加工企業屬于小微企業，其特點是勞動密集型生產、設備落后、生產工藝水平低、自動化程度低。其中大部分企業沿用的還是傳統陳舊的熱處理與節能工藝，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，導致其在生產和制造的過程中出現了能源消耗過大、利用效率較低等問題。據統計，我國在熱處理上的能量耗損是美國、德國等熱處理技術發達國家的數倍。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

熱處理過程中會產生廢氣、廢水、廢渣和噪聲等污染。因各金屬材料熱處理企業設備和工藝的不同，產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。熱處理產生的廢氣、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環境并危及人們的身體健康。

（四）專業人才匱乏，自主創新能力弱

一方面，我國緊缺熱處理技術人員。經統計，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總人數的比例不到6%，遠達不到國家要求的15%的標準;另一方面，熱處理企業同大部分企業一樣，人員流動大，企業陳舊的管理理念留不住專業人才，這也給熱處理人員的崗前培訓和人才培養儲備帶來影響。當前，技工院校相關的專業課程開設較少。在熱處理生產技術節能方面，我國目前主要依靠引進國外先進設備和工藝，自主研發和創新還不夠。

二、金屬材料熱處理節能技術概述

（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，金屬材料部件經常出現氧化現象，進而因氧化失去金屬性能，影響產品質量，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域較小，加熱快，硬化效果好，變形小。激光淬火生產工藝相較常規淬火，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的。在交變電流的作用下，感應器（線圈）產生交變磁場，作用于作業工件，工件表層的電能轉化為熱能，實現表面加熱。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，操作容易實現自動化，從而提高工作效率、降低生產成本。

（五）振動時效處理技術

金屬材料經熱處理后，受工藝、環境的影響，由于殘余熱應力等的存在，金屬材料表面經常會出現細小的裂紋，導致熱處理產品達不到相應標準，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調整激振器的轉數，讓其產生離心力，讓待處理的金屬材料器件發生諧振，讓需要處理的工件部位發生交變運動，使材料發生細小的塑性變形，提升工件的穩定性，避免工件變形等問題出現。

（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，以便在實際作業中調整與改進工藝參數，將熱處理過程中的能源損耗降到最低、污染降到最低，從而實現環保節能。

三、小結

我國同先進工業國家相比，熱處理行業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。熱處理行業應加大對節能技術的研究和實踐，逐漸淘汰舊設備、工藝，推廣節能技術，注重專業人才培養，注重研發創新，逐步建立一個管理精細、工藝先進、綠色發展的優質、高效、節能、環保的熱處理體系，從而為金屬制造業帶來新的機遇。

參考文獻：

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（作者單位：鄭州工業技師學院）