鄭 玲

（達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，四川 達(dá)州 635001）

0 引言

當(dāng)下，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，金屬材料熱處理工藝必須符合污染小、能耗低等要求，這就使得金屬材料熱處理行業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)要將節(jié)能減排作為重點(diǎn)。而筆者認(rèn)為，新技術(shù)革新是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最重要的手段。

1 金屬材料熱處理節(jié)能生產(chǎn)現(xiàn)狀及問(wèn)題

我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的迅速發(fā)展充分帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)。金屬材料熱處理行業(yè)也在此帶動(dòng)下呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，各省份都涌現(xiàn)出一大批各種各樣的熱處理廠。據(jù)有關(guān)部門不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)各類金屬熱處理廠就有16000多家，從業(yè)人員近400000之眾。金屬熱處理是一項(xiàng)耗能十分嚴(yán)重的工藝，約占我國(guó)整個(gè)能耗的25%，同時(shí)也占我國(guó)工業(yè)總能耗的60%。然而在相同的能耗下，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)量卻是我國(guó)的6倍左右。而就目前情況來(lái)看，約有超過(guò)70%的金屬熱處理廠家沒有應(yīng)用合理的節(jié)能技術(shù)，管理混亂無(wú)序，技術(shù)改造落后。我國(guó)金屬材料熱處理行業(yè)主要存在以下問(wèn)題：

1.1 高耗損，低產(chǎn)出，能源利用率低

早在20世紀(jì)70年代，日本、歐洲等一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在金屬熱處理能耗上已降到350kW·h/t以下，而同時(shí)期我國(guó)卻是人家的3～4倍。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，才逐漸下降到600kW·h/t左右。

1.2 金屬熱處理設(shè)備陳舊，工藝技術(shù)落后

在一些比較大型的國(guó)有金屬熱處理廠，由于技術(shù)限制，節(jié)能措施不到位，導(dǎo)致能源利用率偏低。而對(duì)于一些小型私人企業(yè)，不僅設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，資金也很難到位，常使用一些淘汰設(shè)備，質(zhì)量無(wú)法得到保證，對(duì)環(huán)境污染也十分嚴(yán)重，更談不上節(jié)能。

1.3 產(chǎn)品達(dá)標(biāo)率低，常多次處理

由于各個(gè)金屬熱處理廠設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，這就導(dǎo)致產(chǎn)品達(dá)標(biāo)率很低，一些產(chǎn)品返修率甚至高達(dá)20%，有的要經(jīng)過(guò)多次處理才能夠達(dá)標(biāo)。這樣重復(fù)處理無(wú)疑是對(duì)能源的極大浪費(fèi)，更別說(shuō)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

1.4 專業(yè)熱處理技術(shù)人才缺乏

早在20世紀(jì)90年代，該問(wèn)題就已十分突出，截止目前還未得到有效解決。而隨著社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，專業(yè)熱處理技術(shù)人員青黃不接，很多高校又紛紛取消該專業(yè)。筆者認(rèn)為再過(guò)幾年該問(wèn)題將會(huì)更加突出。因?yàn)殡S著國(guó)有企業(yè)熱處理技術(shù)人才老化，一些新興私人熱處理企業(yè)的開辦都將直接導(dǎo)致該專業(yè)技術(shù)人才需求的增加。雖然市場(chǎng)上存在很多與熱處理專業(yè)相接近的專業(yè)，但本質(zhì)上來(lái)說(shuō)還是存有一定差別，很難培養(yǎng)出高素質(zhì)、高水平的熱處理專業(yè)人才。再加之人才大量涌向沿海城市，內(nèi)陸一些金屬熱處理廠很難招到合適人才。

2 金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)以上分析，可以看出在我國(guó)金屬材料熱處理存在很多問(wèn)題，無(wú)論是技術(shù)落后還是設(shè)備陳舊，都將直接導(dǎo)致能源利用率十分低下，能耗過(guò)大，這就使得資源浪費(fèi)嚴(yán)重。就目前情況而言，筆者認(rèn)為要想在我國(guó)實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理節(jié)能的目的，就應(yīng)該從以下新技術(shù)方面尋找突破口。

2.1 化學(xué)熱處理技術(shù)

所謂化學(xué)熱處理技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是經(jīng)過(guò)化學(xué)處理來(lái)降低金屬材料表面涂層厚度，一方面避免過(guò)厚涂層對(duì)金屬材料性能的影響；另一方面，降低材料涂層厚度，加熱時(shí)間就會(huì)大大縮短，自然能耗就會(huì)減少。大量實(shí)踐證明，如果金屬材料表面滲碳層減少30%，就可節(jié)省用電30%以上，進(jìn)一步就能節(jié)省煤或石油等燃料50%以上，節(jié)能效果十分明顯。同時(shí)，由于化學(xué)熱處理對(duì)金屬材料本身性質(zhì)破壞較輕，則由該材料制成的構(gòu)建壽命也將大大增加，對(duì)環(huán)境污染也較輕，可謂一舉多得。

2.2 采用真空熱處理技術(shù)

在技術(shù)和條件成熟的情況下，如果將金屬材料構(gòu)件熱處理工藝放在真空中進(jìn)行，不僅可以實(shí)現(xiàn)低壓滲碳等金屬材料表面處理工藝，而且可以在表面處理工藝結(jié)束后直接進(jìn)行高壓氣淬，這樣一來(lái)就可大大減少金屬材料熱處理工作時(shí)間，進(jìn)一步就可降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。以目前技術(shù)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)真空是無(wú)法做到的，金屬材料真空熱處理技術(shù)一般在低于10Pa的環(huán)境中就可達(dá)到理想的效果。在該環(huán)境下，金屬材料表面處理工藝對(duì)金屬性能影響也相對(duì)較小，同時(shí)也避免了材料變形、產(chǎn)生氣孔等問(wèn)題，是比較理想的高清潔度、高柔性金屬材料熱處理方法。該方法已在一些材料熱處理工藝中得到應(yīng)用，并取得了比較好的效果。在國(guó)外有20%左右熱處理設(shè)備采用真空設(shè)備，而我國(guó)目前為止真空熱處理設(shè)備在整個(gè)熱處理設(shè)備中所占比重還不到5%，可見該技術(shù)在我國(guó)有著非常大的發(fā)展空間和潛力。同時(shí)國(guó)外真空熱處理技術(shù)發(fā)展已有近50年歷史，無(wú)論在生產(chǎn)真空熱處理設(shè)備還是真空熱處理技術(shù)運(yùn)用上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)。我國(guó)金屬材料真空熱處理技術(shù)的發(fā)展到推廣，還有很長(zhǎng)的路要走。但展望未來(lái)，金屬材料熱處理工藝、真空熱處理技術(shù)必須進(jìn)一步推廣應(yīng)用，這樣無(wú)論對(duì)產(chǎn)品性能還是節(jié)約能耗都將是一次重大突破。

2.3 采用激光熱處理技術(shù)

隨著科技進(jìn)步，激光技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，而將其運(yùn)用在金屬材料熱處理工藝則是最近今年比較新興的技術(shù)。激光熱處理是利用激光本身所含有的高能量密度，當(dāng)照射在金屬材料表面時(shí)，可以使金屬表面所含能量在100～100000kW/cm2。如此高的能量密度，足以滿足金屬材料熱處理所需。同時(shí)，激光熱處理還具有升降溫快、不需要對(duì)材料進(jìn)行淬火預(yù)熱等特點(diǎn)，這使它在金屬材料熱處理節(jié)能工藝中也被很好地應(yīng)用。經(jīng)過(guò)激光熱處理的金屬材料也省去了后續(xù)機(jī)械加工工序，節(jié)能效果更加顯著。

2.4 采用振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)

當(dāng)金屬材料進(jìn)行熱處理后，由于工藝和環(huán)境條件制約，難免會(huì)在金屬材料內(nèi)部留下微小裂紋、熱殘余應(yīng)力等缺陷，如果不進(jìn)行正確處理，輕則影響金屬材料在使用過(guò)程中的壽命，重則使該材料損傷乃至不合格，需重新進(jìn)行加工處理，造成資源浪費(fèi)，無(wú)法達(dá)到節(jié)能目的。而振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)就是針對(duì)這一問(wèn)題，消除金屬材料在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力等缺陷，從而避免重復(fù)熱處理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。一般情況下，振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)可以直接節(jié)省電能20%左右，進(jìn)而節(jié)省燃料資源40%左右。

2.5 改善熱處理設(shè)備材料，提高能源循環(huán)利用

目前，我國(guó)絕大多數(shù)熱處理廠使用的熱處理設(shè)備材料均是普通材料，這樣的材料不僅導(dǎo)熱性能差，保溫隔熱性能更是無(wú)法保障。這就要消耗更多能量來(lái)維持金屬材料熱處理工序，必然導(dǎo)致了不必要能耗。如果采用陶瓷纖維等隔熱和保溫性能良好的材料來(lái)代替普通材料，在節(jié)能方面一定可以取得比較好的效果。同時(shí)在廢熱處理上，傳統(tǒng)熱處理工藝并沒有將其很好地利用，而是直接排放到外部環(huán)境。如果用換熱管等裝置將其回收利用，用來(lái)對(duì)爐子進(jìn)行預(yù)熱，那么將會(huì)大大提高能源利用率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是當(dāng)下我國(guó)機(jī)械制造加工行業(yè)亟需解決的問(wèn)題。本文總結(jié)了金屬材料熱處理工藝中各種新興工藝，旨在為金屬材料熱處理行業(yè)節(jié)能目標(biāo)探索改進(jìn)方案。

［1］廖波，肖福仁.熱處理節(jié)能與環(huán)保技術(shù)進(jìn)展［J］.金屬熱處理，2009（1）：1～6

［2］黃春峰.金屬熱處理節(jié)能技術(shù)及其研究進(jìn)展［J］.航空制造技術(shù)，2008（5）：77～80

［3］江利，閆非，汪劍.我國(guó)熱處理能源結(jié)構(gòu)分析［J］.熱處理，2008，23（6）：32～37

［4］宋寶敬.信息化建設(shè)促進(jìn)熱處理企業(yè)快速健康發(fā)展［J］.金屬熱處理，2009，5（34）：118