探究金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用

常嘉瑋

（白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 白銀 730900）

金屬在經(jīng)過(guò)熱處理鍛造后可以作為許多元件的制造的基礎(chǔ)，使用范圍較為廣泛，而熱處理技術(shù)在熱能動(dòng)力工程中應(yīng)用普遍，同時(shí)也是熱能動(dòng)力工程中的基礎(chǔ)。對(duì)金屬進(jìn)行熱處理主要通過(guò)改變溫度從而改變金屬內(nèi)部的組織形態(tài)，達(dá)到控制其性能的目的，同時(shí)也可以改變金屬表面的化學(xué)成分，添加其他元素所賦予金屬更加優(yōu)良的使用性能，有效改善金屬工件的內(nèi)在質(zhì)量。

1 金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用的意義

金屬礦物質(zhì)在開(kāi)采過(guò)程中存在著大量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)對(duì)金屬性能產(chǎn)生一定影響，如果使用未經(jīng)提純的金屬礦物，那在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)承擔(dān)起大量的安全的風(fēng)險(xiǎn)，因此金屬熱處理提純已經(jīng)成為了金屬冶煉中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而熱能動(dòng)力工程作為工業(yè)體系的基本操作單元，通過(guò)熱處理技術(shù)可以有效的去除雜質(zhì)，提高金屬純度，保證金屬性質(zhì)的穩(wěn)定性和可模擬性。金屬熱處理作為動(dòng)力工程的基礎(chǔ)，對(duì)于金屬加工行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。離心泵，葉輪輪，汽輪機(jī)葉輪，空壓機(jī)的隔膜等都是金屬材料在熱能動(dòng)力工程中的主要應(yīng)用，經(jīng)過(guò)熱能動(dòng)力工程處理后的金屬材料具有耐腐蝕、耐酸堿、耐沖擊、耐高壓等一系列特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)性能的全面優(yōu)化，達(dá)到日常的使用標(biāo)準(zhǔn)。

金屬熱處理是材料生產(chǎn)中的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變金屬工件的形狀和內(nèi)部化學(xué)成分。一般金屬熱處理要經(jīng)過(guò)退火，正火，淬火和回火四種工藝。退火是指將工件加熱到適當(dāng)溫度，并根據(jù)材料的用途以及尺寸采取不同的保溫時(shí)間，最后進(jìn)行緩慢冷卻，在此過(guò)程中可以降低材料的硬度，提高其塑性，便于后續(xù)的加工處理，減少金屬內(nèi)部的應(yīng)力，保證成分均勻化退火，根據(jù)目的不同可分為結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、完全退火。因此管理人員需要根據(jù)材料的性能合理選擇退火方式，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化材料的性能的目的。淬火是工件加工后，在水、油或其它有機(jī)溶劑中快速冷卻，淬火材料一般為不平衡組分，其硬度較大，需要進(jìn)行一段時(shí)間的保溫處理，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為淬火。

2 金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1 金屬精細(xì)化管理存在難度

我國(guó)熱能動(dòng)力工程生產(chǎn)體系形成較晚，金屬材料的精加工成為了阻礙我國(guó)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。熱處理技術(shù)要點(diǎn)較多，技術(shù)手段復(fù)雜，金屬材料精細(xì)化管理更是熱處理中的一個(gè)難點(diǎn)，主要問(wèn)題在于缺少數(shù)據(jù)，生產(chǎn)參數(shù)復(fù)雜，金屬材料的熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，其表面易受到磨損，需要反復(fù)試驗(yàn)后才能投入市場(chǎng)。增加了企業(yè)的隱形成本。

2.2 生產(chǎn)水平與市場(chǎng)要求不符

部分金屬材料生產(chǎn)需要在高沖擊力、高載荷力的狀態(tài)下集中工作，長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度工作，很容易因?yàn)槠趯?dǎo)致金屬材料產(chǎn)生局部永久性形變或破裂失效，嚴(yán)重影響了金屬材料的使用壽命。

2.3 金屬材料質(zhì)量參差不齊

合格率是金屬材料驗(yàn)收的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，在金屬材料驗(yàn)收時(shí)一般要求合格率達(dá)到90%以上方為合格。部分企業(yè)為了提高研合率，大規(guī)模應(yīng)用補(bǔ)償和強(qiáng)壓措施，以防止金屬材料變形，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，金屬材料使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致研合率快速下降，需要后期進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，從而不能預(yù)判可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，阻礙熱能動(dòng)力工程行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

3 金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用

3.1 綜合應(yīng)用多種技術(shù)手段

3.1.1 涂層技術(shù)

據(jù)熱能動(dòng)力工程現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，能源浪費(fèi)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，許多的金屬原件并不能發(fā)揮實(shí)際效用，出現(xiàn)了大量資源的閑置，同時(shí)內(nèi)部的許多動(dòng)力裝置都存在著運(yùn)行效率較低的問(wèn)題，因此管理人員需要不斷創(chuàng)新金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用，結(jié)合金屬熱處理的所需條件，不斷提升熱能動(dòng)力工程的發(fā)展水平。

例如，在應(yīng)用功率較大的設(shè)備時(shí)，可綜合利用涂層技術(shù)來(lái)對(duì)金屬進(jìn)行性能優(yōu)化，通過(guò)離子沖擊波直接轟擊待加工的工件時(shí)，大幅度提高工件的強(qiáng)度和硬度。同時(shí)，在運(yùn)用金屬熱處理技術(shù)的過(guò)程中，可以綜合PLC 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)動(dòng)。通過(guò)現(xiàn)代化的技術(shù)手段，不斷優(yōu)化金屬熱處理技術(shù)要點(diǎn)，縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效能，最大程度上壓縮生產(chǎn)成本，提升熱能動(dòng)力工程的生產(chǎn)效率，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 薄層滲入技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)體系向著高精尖的方向發(fā)展，而熱處理技術(shù)在不斷發(fā)展，逐漸向著智能化、精細(xì)化的方向過(guò)渡。在熱處理技術(shù)實(shí)踐過(guò)程中，主要是通過(guò)外加其他元素而改變金屬表層的理化性質(zhì)，當(dāng)金屬表層滲入了其他化學(xué)元素后，滲入的物質(zhì)會(huì)對(duì)金屬的性能產(chǎn)生十分復(fù)雜的影響。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)配比，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)碳、錳等不同元素的配比，實(shí)現(xiàn)金屬材料的性能最優(yōu)化。通過(guò)前端的預(yù)實(shí)驗(yàn)，利用多元線性規(guī)劃，綜合利用薄膜滲透技術(shù)，提升金屬熱處理水平，保證金屬材料符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 真空處理技術(shù)

真空熱處理技術(shù)能夠創(chuàng)造一個(gè)低于大氣壓的環(huán)境，同時(shí)將環(huán)境分為三個(gè)階段，分別為低真空、中等真空和超高真空效應(yīng)，操作人員需要?jiǎng)討B(tài)控制壓力，確保熱處理工作在真空條件下完成，避免金屬材料過(guò)度接觸到空氣，發(fā)生氧化。

工作人員在加工過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注真空滲碳，避免金屬零件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，動(dòng)態(tài)操控排氣裝置和點(diǎn)火器，不斷簡(jiǎn)化加工工件的整體流程，有效降低單元操作的基礎(chǔ)成本，以提高整體收益。

3.1.4 新傳感技術(shù)

新傳感技術(shù)也是金屬材料熱處理技術(shù)在熱能動(dòng)力工程應(yīng)用中一個(gè)較為重要的方面，這種傳感技術(shù)主要應(yīng)用了傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬加工的全過(guò)程控制。目前比較常見(jiàn)的主要是氧探頭，在實(shí)際工業(yè)操作中，可以全面的把控整個(gè)單元數(shù)據(jù)，有效縮短工藝周期，提高金屬材料的基礎(chǔ)性能，避免溫度、輻射等因素對(duì)于金屬材料性能的影響。

3.1.5 滲碳技術(shù)

碳元素作為調(diào)節(jié)金屬性能的重要元素，碳元素的含量直接決定的鋼的強(qiáng)度，在金屬材料熱處理過(guò)程中，管理人員應(yīng)該根據(jù)市場(chǎng)要求，合理選擇不同的滲碳技術(shù)。目前較為常用的滲碳技術(shù)可以分為環(huán)乙烯碳技術(shù)和微波滲碳技術(shù)。環(huán)乙烯滲碳技術(shù)操作流程較為簡(jiǎn)單，在加工過(guò)程中干凈整潔，能夠有效避免金屬材料在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)臨界氧化問(wèn)題，有效提高金屬硬度，避免金屬材料出現(xiàn)嚴(yán)重的名變形問(wèn)題。但實(shí)際的工藝流程過(guò)程中，生產(chǎn)效率較慢，應(yīng)用效果不佳。而微波滲碳技術(shù)能夠明顯提高整體熱處理的效果，它的生態(tài)水平更加突出，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于碳的精確度管理，確保碳穩(wěn)定循環(huán)，同時(shí)滲碳效率較高，保證整體工藝流程的連續(xù)性和發(fā)展性。

3.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料的數(shù)據(jù)化管理

在金屬熱處理的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受外界環(huán)境影響較大，導(dǎo)致熱處理水平參差不齊，而將熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于加工環(huán)境的仿真模擬，管理人員要綜合利用智能型的輔助噴淋設(shè)備，做好后續(xù)的退火，淬火處理，利用可靠的淬火技術(shù)明確預(yù)實(shí)驗(yàn)中存在的安全隱患問(wèn)題，有效減少整體的作業(yè)能耗。

例如，可以綜合引入CAD 空間技術(shù)，CAD 技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，通過(guò)對(duì)實(shí)物進(jìn)行模擬建設(shè)，能夠立體畫(huà)地展示事物的結(jié)構(gòu)、色彩、外形等基礎(chǔ)要素。利用軟件內(nèi)部強(qiáng)大的參數(shù)計(jì)算功能，在數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上依靠強(qiáng)大的平臺(tái)和技術(shù)支撐，完成前期的設(shè)計(jì)與修改工作，全方位展示金屬材料位置形變的內(nèi)部要素，為后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)提供有力的數(shù)據(jù)支持。輔助利用計(jì)算機(jī)PLC 控制系統(tǒng)自查自糾，在合格后填寫(xiě)安全報(bào)告書(shū)，并和專業(yè)的工程師進(jìn)行聯(lián)合審查其控制系統(tǒng)在熱能動(dòng)力工程的應(yīng)用合理性，在保證質(zhì)量的前提下，不斷優(yōu)化工藝、完善節(jié)能設(shè)計(jì)，有效的降低能源的損耗，節(jié)約資源，同時(shí)對(duì)于一些非重點(diǎn)的環(huán)節(jié)進(jìn)行去除和優(yōu)化，保證整體工藝綠色可持續(xù)發(fā)展。

4 金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的發(fā)展方向

工業(yè)體系快速發(fā)展，金屬材料熱處理技術(shù)也取得了矚目的成就，管理人員要綜合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，進(jìn)一步探索金屬材料熱加工工藝特點(diǎn)，提高資源使用效率。金屬熱處理作為我國(guó)工業(yè)體系中的前端工藝手段，對(duì)于熱能動(dòng)力工程行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。創(chuàng)新優(yōu)化是確保工業(yè)體系進(jìn)步的基礎(chǔ)，需要實(shí)現(xiàn)全程的數(shù)據(jù)化和自控化，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)金屬進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)試驗(yàn)，進(jìn)行匹配性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)于安全性和效率性的重點(diǎn)把關(guān)，避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

5 總結(jié)

綜上所述，金屬資源對(duì)我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義，將金屬熱處理技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于熱能動(dòng)力工程中，是我國(guó)金屬材材料熱處理技術(shù)和熱能與動(dòng)力工程行業(yè)發(fā)展的必然要求。

通過(guò)上文的闡述，我們一共總結(jié)出了涂層技術(shù)、薄層滲入技術(shù)、真空處理技術(shù)、新傳感技術(shù)、滲碳技術(shù)等多項(xiàng)新型技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還需要嚴(yán)格把控金屬材料的性能，制定嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，綜合多種熱處理手段，充分發(fā)揮技術(shù)對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)意義，在保證質(zhì)量的前提下，有效降低成本，保證我國(guó)工業(yè)體系長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展。