金屬材料熱處理節(jié)能新技術的研究

王潔梅

（滄州市生態(tài)環(huán)境局泊頭市分局，河北 泊頭 062150）

當前，我國的制造行業(yè)越來越重視制造和環(huán)境的和諧、統(tǒng)一，為了促進制造業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，這就要求金屬材料熱處理行業(yè)在保證產品質量的前提下將節(jié)能減排作為重點。目前我國的金屬材料熱處理技術中節(jié)能新技術還在不斷的完善階段，新技術革新是實現節(jié)能減排的重要手段。加強金屬材料熱處理節(jié)能新技術開發(fā)及應用研究，對節(jié)約能源，保護環(huán)境，促進熱處理產業(yè)可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要[1]。

1 金屬材料熱處理技術的發(fā)展趨勢

近年來，金屬材料熱處理技術得到了飛速的發(fā)展，成為了機械制造行業(yè)中重要的組成部分，由于它是高耗能行業(yè)，節(jié)能減排就成為了金屬熱處理行業(yè)中關鍵的因素。因此，金屬材料熱處理節(jié)能化、高質化是提高生產效率的關鍵，節(jié)約成本，保護環(huán)境，最大程度發(fā)揮金屬材料的潛力，成為金屬材料熱處理節(jié)能新技術的發(fā)展趨勢。

2 我國金屬材料熱處理節(jié)能生產現狀及問題

2.1 高耗能，低產出

金屬材料熱處理是機械制造業(yè)當中重要的一個步驟，在制造過程中需要高溫加熱，對材料有著極大的損耗，金屬在高溫的環(huán)境下會產生有毒氣體排出；廢渣無法處理；工業(yè)浪費等眾多問題。

2.2 設備陳舊，工藝落后

在一些大型的熱處理廠，技術限制，節(jié)能措施不到位，能源利用率偏低。對一些小型的私人企業(yè)，設備更加陳舊，有的甚至使用淘汰設備，技術落后，資金業(yè)很難到位，產品質量很難保證，資源浪費嚴重，對環(huán)境污染嚴重，更不要說節(jié)能生產了。我國的金屬熱處理過程中，設備陳舊，技術落后，回廠返修率較高，甚至有的需要多次返工才能達到使用要求。這樣不但不會達到節(jié)能的目的，還會造成巨大的浪費現象，工作效率和質量會受到影響。

2.3 缺乏專業(yè)的技術人才

許多高校根據市場來選擇專業(yè)，造成這專業(yè)學生極少，就業(yè)率低下，專業(yè)人才大量缺失。老企業(yè)專業(yè)人才更不上技術發(fā)展需要，新企業(yè)又招不到專業(yè)的人才。各大高校對這部分學生不重視，有的甚至取消這個專業(yè)，這對我國熱處理領域的發(fā)展非常不利。

因此我國大多數金屬熱處理企業(yè)造成能耗過大的原因主要有設備負荷率低，裝爐量不足，設備的利用率低，加熱設備落后，無效熱消耗多，工藝落后等[2]。所以就目前我國該產業(yè)的實際情況看，要實現金屬材料熱處理環(huán)境節(jié)能的目的，必須在新技術方面尋找突破口。

3 金屬材料熱處理節(jié)能新技術的應用

3.1 化學熱處理技術的應用

化學熱處理技術主要就是經過化學技術處理金屬表面，降低金屬材料的厚度，以達到減少加熱時間的目的，節(jié)約能源消耗。經過大量實驗表明，金屬材料表面的滲碳層降低20%，就會節(jié)省電能20%，節(jié)省煤炭資源或石油資源的40%。除此以外，化學熱處理技術對金屬材料本身沒有什么影響，更不會造成金屬材料破壞，還能延長材料本身的使用壽命。比如在我國生產自行車鋼球中，采用薄層滲碳技術以后，不僅使生產效率提高到40%，而且節(jié)約電能30%，使用壽命也提高了3倍，這樣就實現了節(jié)能與環(huán)保的雙層效果。因此，化學熱處理技術有顯著的節(jié)能效果，對減輕環(huán)境污染有很大的幫助。

3.2 真空熱處理技術的應用

金屬材料真空熱處理技術是指將金屬材料構件熱處理工藝放在真空環(huán)境下進行，最大的優(yōu)點就是使用無氧處理介質，金屬材料本身不會產生內部氧化問題。因為設備能夠提高滲碳溫度，所以大大縮短了生產時間。并且真空熱處理氣體排放量大幅減少，不需要點火裝置，加熱和降溫時間更短，使設備利用效率得到很大提高。目前國際上真空熱處理的發(fā)展方向主要有抽真空后反惰性氣體并且在爐膛內配置攪拌風扇，使用對流傳熱方式使加熱更快；經過加壓，使用更高熱交換能力的氣體、冷淬室和噴嘴等提高冷卻速率，用來推廣應用真空氣淬技術。發(fā)展等離子滲碳技術，開發(fā)新型真空氣淬爐，推廣高壓氣淬技術。在國外有20%左右熱處理設備采用真空設備，而我國目前采用比重不到5%，該技術有著很大的發(fā)展空間，推廣此技術，對產品性能還是節(jié)約能耗都是一項大的突破。

3.3 激光熱處理技術的應用

激光熱處理也稱激光淬火或激光相變硬化，是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相變點以上，激光束離開被照射部位時，由于熱傳導作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進行自冷淬火，得到較細小的硬化層組織，硬度一般高于常規(guī)淬火硬度。處理過程中工件變形極小，適用于其他淬火技術不能完成或難以實現的某些工件或工件局部部位的表面強化。激光熱處理自動化程度較高，硬化層深度和硬化面積可控性好。該技術主要用于強化汽車零部件或工模具的表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和高溫性能等，如汽車發(fā)動機缸孔、曲軸、沖壓模具、鑄造型板等的激光熱處理。主要是利用激光本身所含有的高能量密度，對金屬表面進行照射，增加金屬表面能量，可以達到200—10000KW/CM2。實現材料變相硬化、表面合金化等表面性處理，達到表面成分、組織、性能的改變。激光熱處理高速加熱，高速冷卻，獲得的組織細密、硬度高、耐磨性能好[3]。激光還可以遠距離傳輸，能夠實現機械工業(yè)的自動化，提高生產效率。能源消耗大幅度降低，達到節(jié)能減排的效果。

3.4 振動時效熱處理的應用

振動時效處理技術主要是處理消除金屬構件殘余的應力，幫助其穩(wěn)定大小，防止金屬變形和開裂的技術。對金屬材料進行熱處理后，受到環(huán)境的影響，容易產生小裂紋或者殘余應力，對這些問題，應及時處理，否則會影響金屬材料的使用壽命，出現質量不合格的問題，造成資源浪費，不能實現節(jié)能效果。振動時效處理后，能及時解決這一問題，大大節(jié)約電能，與傳統(tǒng)技術相比，可以節(jié)約電能20%左右，金屬材料的韌性可以提高40%左右。

3.5 熱處理CAD技術

該技術是借助電腦在模擬的環(huán)境下對技術進行研究和設計。比如開發(fā)智能控制熱處理噴淋、噴霧冷卻技術、淬火劑和淬火方法的正確選擇，用變傳遞系數方法加快滲碳過程減少廢氣排放量、熱處理節(jié)能等方面，熱處理智能CAD技術可發(fā)揮主要作用，是高新技術在綠色熱處理中應用的重要方面[4]。選擇新型的材料和爐壁結構，利用三維溫度場來計算，可以減少燃料消耗量，縮短加熱時間，設備利用率得到大幅度提高。通過該技術，全方面的還原處理效果在實際過程中發(fā)揮的作用，通過分析，選擇合適的材料、合適的爐墻結構，從而減少熱處理過程中的故障，保障施工的穩(wěn)定進行，減少財力、物力的消耗。

3.6 改善熱處理設備材料，提高能源消耗利用率

現在我國大多數熱處理廠使用的原材料都是普通的材料，導熱性差，保溫隔熱性差，這就需要更多的能源消耗來維持熱處理工序，造成不必要的能源浪費。如果采用保溫和隔熱性能好的材料來代替普通的材料，比如陶瓷纖維等材料，這樣在節(jié)能方面能達到一定的效果。在熱處理工序上，許多企業(yè)沒有充分利用廢熱，廢熱能就排放到環(huán)境中[5]。如果安裝回流裝置對爐進行回熱，將會大大提高能源利用率，達到節(jié)能的目的。

4 結語

近年來，隨著科技和經濟的不斷發(fā)展，工業(yè)、制造業(yè)業(yè)迅猛發(fā)展，但是環(huán)境惡化、能源消耗嚴重等現象引起人們對環(huán)保的高度重視，加大了對能源和環(huán)保的關注度。發(fā)展經濟，不能損害環(huán)境，這就需要研究新的科學技術與生產工藝，實現環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。要想達到金屬熱處理行業(yè)節(jié)能的目標，需要行業(yè)不斷更新技術設備，引進先進生產工藝，發(fā)掘更多節(jié)能工藝。我國熱處理技術的發(fā)展方向是優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活，這就要求我們將機械工業(yè)發(fā)展和污染防治相結合，優(yōu)化熱處理工藝，綜合利用熱處理廢品，達到最大的資源優(yōu)化，實現熱處理產業(yè)走低能耗、低排放、低污染的可持續(xù)性發(fā)展之路?，F代制造技術重視制造與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要和制造技術、環(huán)境科學、人文科學有機融合。先進的熱處理技術是保證機械產品質量的關鍵。我國目前的熱處理行業(yè)屬于能耗高、污染大的行業(yè)，是用電大戶。我國的熱處理行業(yè)的節(jié)能潛力有很大的上升空間，加大研究金屬材料熱處理節(jié)能新技術，減少能源消耗，保護環(huán)境，促進我國制造業(yè)和機械業(yè)熱處理的健康發(fā)展。