新時期金屬材料熱處理節能新技術

張魯川

（青島大牧人機械股份有限公司，山東 青島 266100）

隨著我國經濟持續增長，推動了工業制造技術的進一步發展。在此背景之下，國家加大了對環境保護的力度，出臺了一系列政策給予工業制造業在技術方面的改進建議，希望通過此方法能夠使技術人員意識到制造業發展應該堅持可持續發展理念，遵循自然法則。在制造業生產過程中，金屬材料熱處理技術是極其常用的技術之一，在具體使用環節會涉及加熱，因此對環境帶來了嚴重的污染，同時能源消耗較大，所以在新時期，如何更好地應用金屬材料熱處理節能新技術，成了技術工作人員需要考慮的重點問題。基于此，本文通過對新時期金屬材料熱處理節能新技術的具體應用及應用時的困境進行了分析，給予了切實可行的建議，僅供參考與借鑒。

1 新時期金屬材料熱處理節能新技術的具體應用

1.1 真空熱處理技術

此技術的應用往往處于真空環境之下，金屬材料零部件通過熱處理工藝的使用，基于低壓滲碳金屬材料，完成表面處理工作，在將表面處理結束以后給予材料高壓氣淬。真空熱處理技術多使用于一些金屬熱處理技術比較成熟的環境中，一方面可以降低能源的消耗，另一方面使能源利用率大幅度提高，進而實現高效節能目標。所以從當前技術發展實際情況來看，此技術要想更好的應用，難度較大，雖然無法實現完全處于真空狀態下，但是當環境低于10Pa 時依然可以為熱處理節能技術的應用創造較好的條件，收獲最佳的處理效果。當所處環境低于10Pa 時，可使用表面處理工藝，不僅不會影響到金屬性能的發揮，而且可以在很大程度上降低金屬變形、表面氣孔出現的概率，確保金屬性能的發揮。在實際應用時，此技術在金屬材料熱處理中的效果依然不錯。

1.2 激光熱處理技術

隨著科學技術的快速發展，推動了各行各業前進的步伐，在新時期，激光技術順應時代發展應運而生，并且被廣泛地應用于金屬材料熱處理領域。此技術主要運用的是激光本身高能量高密度優勢，在金屬材料表面使用激光照射，確保金屬材料表面能量達到100-100000kW/cm2。也正是由于激光本身高能量高密度特點進而使得金屬材料表面的能量逐漸升高。

除此之外，激光穿透力很強，可以將金屬材料快速溶解，使金屬材料表面性能發生變化，激光溫度降低以后，也可以使金屬材料表面呈現奧氏體化，經過冷卻處理以后，可以將金屬材料表面硬度提高。通過激光熱處理技術的高效應用可實現較快速度的升溫與降溫，改變了傳統技術中金屬材料淬火、預熱工序，進而達到了節能降耗的目的。此技術的應用除了可以使后續機械加工工序縮短以外，還具有環保功能，所以也是當前在金屬材料熱處理過程中使用較為廣泛的節能型新技術[1]。

1.3 化學熱處理薄層滲透技術

不同的技術有著不同的使用效果，雖然都能夠達到節能目標，但是同樣也會受到諸多因素影響，而化學熱處理薄層滲透技術也是當前在金屬材料熱處理工藝中極其常用的。此技術既能夠保護金屬材料基本的性能，同時又可以實現較好的節能效果。傳統熱處理工藝操作時，金屬材料表面會存有大量化學物質，這都會影響到材料的性能，但化學熱處理薄層滲透技術優化了傳統技術缺陷，主要運用的是化學處理法對金屬表面處理，在將材料表面涂層厚度減少的同時，緩解表層化學因素所帶來的影響。此技術需要投入的時間成本較低，節省了工藝操作步驟，降低了電能的消耗，同時也不會產生大量化學污染物，為金屬材料熱處理節能新技術更好的應用與發展奠定了良好的基礎，節能技術質量、效率大幅度提高，具備了收益高、成本低優勢，也是當前金屬材料表面熱處理節能技術中比較實用的方法之一。

1.4 振動時效處理技術

此技術應用的原理在于對金屬的保護。在加工金屬材料過程中，極易在殘余應力影響下，造成材料出現嚴重變形及開裂，很多材料在處理后無法使用，需要重新進行熱處理操作，費時費力又費功，同時還會導致大量能源的消耗。應用振動時效處理技術可導出金屬內殘余應力，確保金屬保持正常形狀及質量。與傳統低溫加熱技術相比較，此技術用時短、效果好、無需投入太多成本，除此之外還能夠使能源消耗降低，保證金屬材料表面在經過熱處理以后依然有較好的性能。

1.5 熱處理CAD 技術

經濟的快速增長是以科學技術為基礎的，信息技術是科技發展的助推力。在金屬材料熱處理過程中，計算機技術發揮的作用也較為突出。其中熱處理CAD技術是基于計算機，融合了熱處理技術優勢，熱處理操作前會通過計算機分析，經系統深入研究以后進入到實操中，換言之，也就是由計算機提前進行了演練，減少實操中不必要的浪費，達到節能目的。此技術除了具備噴淋、噴霧功能以外，也能夠完成淬火工藝的操作，促進了熱處理技術持續發展。熱處理CAD 技術在節能新技術發展進程中也是極其關鍵的方法之一，不僅可以對熱處理問題系統化的演練，而且演練時不會有污染物的產生以及資源的浪費，所以也是經過我國認證的綠色型技術之一，為節能熱處理技術進一步發展奠定了良好的基礎[2]。

2 新時期金屬材料熱處理節能新技術應用面臨的困境

2.1 工藝落后、設備破舊

在過去數十年的發展中，我國工業生產初具規模，而且在GDP 中占比日益增長，在此過程中，金屬材料熱處理技術也實現了質的飛躍，雖然我國在此方面也取得了不錯的成績，但依然和國際先進技術存在較大的差距。我國金屬材料熱處理裝備都是一些落后的零件，所以在實際操作過程中極易發生問題，同時和當前節能設備比較，不僅能源消耗較大，而且與國家行業標準不相符。特別是有些金屬制造商，生產設備滯后，企業出于成本降低考慮，在金屬處理設備選擇上以淘汰品為主，不但導致較大的污染，浪費了較多的資源，而且產品質量難以得到保障。破舊的設備極易出現故障，性能不穩定，維修時間較長，同時耗電量較大。一些規模較小的生產商，工藝水平不達標，污染源較多，進而破壞了環境[3]。

2.2 能耗較大且利用率低

作為制造大國，我國在工業上的能源損耗是龐大的。而金屬材料熱處理在工業資源損耗中所占的比重是相對大的，它的存在使我國與發達國家的差距逐步拉大，也使得我國資源更為緊張，因此節約能源則成了金屬材料熱處理過程中需要關注的重點問題。但是在這一點上我國在短時間內依然很難實現，能源消耗較大，利用率較低，主要是因為新技術新工藝引進速度較慢，舊設備難以實現較快更新，進而無法較好地解決金屬材料熱處理技術問題，能源浪費、利用率低現象普遍存在。

2.3 生產廢料過多，造成嚴重的環境污染

金屬材料進行熱處理以后極易有較多的廢棄物產生。廢水、廢渣等污染物的產生，設備噪聲較大，這都會在很大程度上造成生態環境污染。若廢棄物排放得不到有效控制，污染將會更加嚴重。特別是廢水中污染物非常多，例如SS、氯化鋇、亞硝酸鹽等，這些都是非常常見的污染源，對于環境的破壞是較大的。而廢氣同樣也是眾多污染物的一種，金屬材料熱處理以后產生的廢氣、廢水對于環境的危害是難以估量的，若金屬材料生產廠家在城市附近，那么也會對居民身體健康帶來影響。工作在一線的員工長時間處于惡劣工作環境下，職業疾病發生概率也是非常大的。由此可見，金屬材料熱處理對于人類生存造成了較大的威脅，必須給予高度重視。

2.4 技術創新型人才匱乏、專業操作人員欠缺

當前金屬材料市場發展前景較好，生產商也越來越多，但專業技能型人才卻非常稀缺。雖然很多高校也增設了金屬材料熱處理相關的課程，但設置時間并不長，在實踐應用方面缺乏豐富的經驗，教學所涉及的內容淺顯，深度明顯不足，進而導致培養的人才難以滿足金屬材料熱處理行業發展需求。除此之外，部分金屬材料制造商對利益看得太重，為了壓縮成本，很少組織技術人員參加各種培訓，技術人員掌握的依然是傳統熱處理技能，沒有更多的機會接觸最新的熱處理理論、技能，不管是在新設備操作方面，還是工藝創新方面，都很難得到進一步提升，進而造成即使新技術引進了，熟練操作新設備的人很少，依然無法達到節能降耗的目標。

3 新時期金屬材料熱處理節能新技術應用建議

3.1 適當增加節能新技術投資成本

工業生產中，熱處理加工、技術開發、應用都要有足夠的資金給予支撐，若投資成本太低，會對熱處理節能新技術研發、應用帶來影響。所以企業要加大投資力度：

第一，企業、環保部門加大推廣力度，借助互聯網、電視、廣告等多平臺宣傳金屬材料熱處理節能新技術。

第二，加大節能新技術研發成本的投入，相關部門要給予企業技術研發支持，如果企業在節能新技術方面有了較大突破，政府部門要進行獎勵與鼓勵，從財政方面扶持，激勵各行各業參與到節能降耗、保護環境行列中來。

3.2 合理挑選有效技術

大多數企業在金屬材料熱處理加工過程中，往往會選擇效果明顯的技術，但是并不是效果好的技術就是最適合的，每一個熱處理技術都具備其優點與缺點，若使用的熱處理技術和材料性能不相符，同樣也會出現問題。所以，熱處理加工前，要結合材料性能選擇最適合的技術，處理前測試材料與技術匹配度，并將產量性能、質量明確，這樣才能減少由于質量問題而導致重復加工概率，實現節能高效目標。

3.3 調整以往所用材料

當前我國很多熱處理加工廠，多應用常規材料，但是此類型的材料隔熱、導熱等性能差，熱處理加工過程中要使用電力、能源，但若熱處理時選擇的材料性能較高，便可縮短加工時間，例如陶瓷纖維就是非常節能的材料，既省時，又省工。除此之外，金屬材料熱處理加工時，要將回流裝置安裝好，保證熱處理過程中生成的氣體能夠在燃燒爐中循環，此時即使熱處理溫度有了大幅度的升高，也不會出現較多的能源損耗，這樣同樣也能夠減少對環境的污染與破壞，達到節能的目的[4]。

3.4 制定科學的工藝加工流程

在工業制造加工及生產過程中，所涉及的工藝劃分為兩個環節，第一個環節是材料加工成粗產品，此環節是粗加工，第二個環節是產品粗加工精細化。加工零件前，要對加工需求進行充分考量，進而對工作流程進行合理制定，為后期金屬材料熱處理工作奠定良好的基礎。在加工時要嚴格遵循流程及程序，熱處理時會涉及銑削零件，選擇刀具時要依據具體的處理情況，一般情況下先小刀，后大刀，此環節要采用編程系統對不同情況進行深入分析，進而選擇最適合的刀具。零件加工主要使用的是數控機床，要結合要求制作零件質量、形狀，此過程要將不同類型刀具配合使用。在具體的編程過程中，要全面考慮切割精度可能對零件表面造成的影響，進而選取最佳的切入、切出方法，將零件表面特性提高。

4 結語

在我國社會及經濟快速發展進程中，工業作為第二產業在其中發揮了非常重要的作用，而金屬材料熱處理是工業行業的關鍵環節，如果將此環節工作做好，不僅可以實現材料質量的提升，而且可以確保產品的性能，但是隨著時代的發展，科學技術的不斷更新換代，傳統熱處理技術已不能滿足新時期生產需求。所以引進節能新技術，是新時期金屬材料熱處理行業發展的必然趨勢，隨著真空、激光、化學、CAD 等節能新技術應用范圍越來越廣，不同技術有其各自的優點，這就需要在具體應用時結合實際情況，選擇最適宜的技術，保證新技術節能、環保效能發揮到最大[5]。