基于金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用的分析

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720095

摘要：目前，我國對金屬材料的熱處理存在能耗高、污染大的現(xiàn)狀，在技術(shù)水平上有著很大的提升空間。本文從我國的金屬材料熱處理現(xiàn)狀出發(fā)，提出化學(xué)熱處理、真空熱處理、激光熱處理、振動時效熱處理和超硬涂層熱處理五項節(jié)能新技術(shù)，并探索這五項節(jié)能新技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理技術(shù)；節(jié)能技術(shù)

隨著社會總體生活水平的提高，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求也越來越高，如何降低金屬材料熱處理的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，減小對環(huán)境的污染，是目前機(jī)械工業(yè)所面臨的重大課題。熱處理技術(shù)在節(jié)能方面有著巨大的潛力，開發(fā)熱處理節(jié)能新技術(shù)，研究其在生產(chǎn)工作中的應(yīng)用，對于建立生態(tài)環(huán)保型社會、實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。

1 我國金屬材料熱處理生產(chǎn)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國對經(jīng)濟(jì)建設(shè)的愈發(fā)重視，機(jī)械制造業(yè)正在飛速發(fā)展，而機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展也帶動了金屬材料熱處理行業(yè)。目前，我國絕大部分地區(qū)的金屬材料熱處理行業(yè)都已經(jīng)發(fā)展起來，其規(guī)模也在不斷地壯大，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國目前有著大概16000家金屬熱處理廠，廠內(nèi)的從業(yè)人員將近40萬人。眾所周知，金屬行業(yè)的能源消耗十分嚴(yán)重，尤其是金屬熱處理工藝，其耗能約占我國整個能耗總量的四分之一。但是在同樣的耗能情況下，國外的一些發(fā)達(dá)國家在這一行業(yè)的總產(chǎn)量卻是我國的六倍左右。造成這一結(jié)果的原因有很多，例如在節(jié)能方面，我國沒有采用節(jié)能技術(shù)的金屬熱處理廠大約超過了70%，其技術(shù)相對較為落后，尤其是一些大型的國有金屬熱處理廠，這些廠家由于受到技術(shù)和資金的限制，沒有采用科學(xué)有效的節(jié)能措施，廠內(nèi)的設(shè)備陳舊，產(chǎn)品達(dá)標(biāo)率很低，一些產(chǎn)品的返修率更是超過了20%，有些產(chǎn)品在達(dá)標(biāo)之前要經(jīng)過多次處理，極大地浪費(fèi)了資源，更別說實現(xiàn)節(jié)能。還有的廠家為了節(jié)約成本，經(jīng)常使用一些已經(jīng)被淘汰的設(shè)備，不僅質(zhì)量無法得到保證，更嚴(yán)重的污染了周邊的自然環(huán)境。而且隨著社會的發(fā)展，很多高校都陸續(xù)取消了金屬熱處理專業(yè)，導(dǎo)致國內(nèi)的專業(yè)熱處理技術(shù)人員數(shù)量減少，出現(xiàn)了青黃不接的現(xiàn)狀。

2 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 化學(xué)熱處理技術(shù)

傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)由于其過長的加熱時間，導(dǎo)致其耗電和污染情況都非常嚴(yán)重，這種情況下，采用化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)能很好地起到節(jié)能效果。由于該技術(shù)能用化學(xué)方法降低金屬材料的涂層厚度，所以會大幅度縮減加熱時間，從而減少耗能。實踐證明，如果能將金屬材料表面滲碳層的厚度減少30%，則可節(jié)約30%以上的用電量，從而節(jié)省石油、煤等燃料大約50%。以我國的鋼球產(chǎn)業(yè)為例，其生產(chǎn)過程中就廣泛地采用了薄層滲碳技術(shù)，在鋼球的生產(chǎn)期間，甲醇和煤油的消耗量減少了52%以上，這不僅提高了鋼球的生產(chǎn)效率，也使鋼球的使用壽命增加了一倍，在起到環(huán)保效果的同時，又為企業(yè)減少了支出的成本。

2.2 真空熱處理技術(shù)

在機(jī)械制造過程中，真空熱處理技術(shù)已經(jīng)成為了一項受到廣泛信賴的新型節(jié)能技術(shù)，且廣泛應(yīng)用在了金屬的熱加工過程中。該技術(shù)的優(yōu)點是使用了無氧處理介質(zhì)，其處理滲碳零件不會出現(xiàn)內(nèi)部氧化的現(xiàn)象。此技術(shù)有著極高的滲碳溫度以及很短的產(chǎn)品生產(chǎn)周期，其排放的廢氣量得到了大幅的減少，省去了很多高排放設(shè)備的使用，工作人員不需要持續(xù)地保持爐內(nèi)的溫度，從而減少了電能的消耗，使設(shè)備的利用率達(dá)到最高，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。推廣高壓氣淬技術(shù)、開發(fā)新型的真空氣淬爐，是熱處理節(jié)能技術(shù)的未來發(fā)展方向。

2.3 激光熱處理技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步，激光技術(shù)正在高速發(fā)展當(dāng)中，將激光技術(shù)運(yùn)用到金屬材料熱處理領(lǐng)域是近幾年新興的工藝。激光熱處理技術(shù)，就是將激光本身所含的高密度能量照射在金屬材料的表層，使金屬表層所含有的能量密度處于100～100000kW/cm2。在這樣高的能量密度區(qū)間內(nèi)，可以滿足所有種類金屬材料熱處理的需求。同時，激光熱處理技術(shù)由于其升降溫速度快的優(yōu)點，在熱處理時不需要對金屬材料進(jìn)行淬火預(yù)熱等工序，且經(jīng)過激光熱處理的材料也不需要進(jìn)行后續(xù)機(jī)械加工，其節(jié)能效果非常顯著。

2.4 熱處理的振動時效處理技術(shù)

為了消除金屬材料在熱處理過程中所產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力，保證產(chǎn)品尺寸和質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求，避免重復(fù)熱處理的發(fā)生，可以采用熱處理的振動時效處理技術(shù)。例如一些小型的金屬熱處理廠，由于受到廠內(nèi)工藝水平和環(huán)境條件的影響，工作中經(jīng)常會在金屬材料的內(nèi)部留下一些微小的裂紋和熱殘余應(yīng)力，這些問題輕則影響金屬材料的使用壽命，重則導(dǎo)致材料損傷甚至不合格，需重新加工處理，造成資源浪費(fèi)。這種情況下，廠家可以采用振動時效處理技術(shù)對這些問題進(jìn)行解決。利用這一技術(shù)所消耗的電能，與傳統(tǒng)技術(shù)相比減少了約40%，而處理后的金屬韌性則提高了將近35%，完美擴(kuò)大了企業(yè)的利潤空間。

2.5 熱處理的超硬涂層技術(shù)

在機(jī)械制造業(yè)中，需要大量加工所需的工具零件，為了延長這些工具零件的使用壽命，減少熱處理所需的時間，實現(xiàn)高效低耗、節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)，廠家可以在加工過程中使用超硬涂層技術(shù)。該技術(shù)的具體操作是，通過離子轟擊、化學(xué)熱處理等方式，在生產(chǎn)中將刀具和模具的表面進(jìn)行沉積和硬化，然后再通過濺射的方式處理2μmTiN，其全程實現(xiàn)了電腦的自動監(jiān)控。加熱源產(chǎn)生根本變化，是這項技術(shù)的關(guān)鍵要素，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，又實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化。

3 總結(jié)

綜上所述，金屬材料的熱處理技術(shù)的先進(jìn)水平程度決定了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，而熱處理技術(shù)的節(jié)能水平對于實現(xiàn)節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等目標(biāo)更是影響重大。將金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)工作中，會有效的提高金屬材料的質(zhì)量，增加材料的使用年限。筆者希望本文提出的五種熱處理新興技術(shù)能為金屬行業(yè)節(jié)能目標(biāo)的改進(jìn)起到借鑒作用。

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作者簡介：劉亞光（1966），男，赤峰市人，本科，中級（工程師），專業(yè)：金屬材料與熱處理，研究方向：制造業(yè)方面。