格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司（南昌 330013）王陸軍 馬 楠

熱處理作為材料改性與材料控性技術(shù)，通過加熱、保溫、冷卻進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)材料性能的改變達(dá)到所需要的材料性能。其中，加熱需要消耗吸收很大的能量，ΔQ=cmΔT，其中ΔQ是吸收的熱量，c是比熱，m是質(zhì)量，ΔT是溫度上升改變值。冷卻時(shí)需要放熱，釋放的熱量如何得到合理利用是一個(gè)大課題，熱處理的消耗大體在以下幾個(gè)方面：

（1）水的消耗 主要是冷卻用水和清潔用水。冷卻用水可通過風(fēng)冷方式節(jié)省水資源，而且風(fēng)冷避免了油水混雜的風(fēng)險(xiǎn)，清洗零件用水采用過濾后循環(huán)利用。

（2）電的消耗 主要表現(xiàn)在機(jī)械動(dòng)作和零件需要加熱兩個(gè)方面，其中加熱的消耗是大頭。熱處理爐體密封、隔熱既是節(jié)省措施，也是質(zhì)量和安全要求。

（3）氣的消耗 主要體現(xiàn)在壓縮空氣（非必要）、安全氣體（氮?dú)猓⑤o助氣體（甲醇、丙酮、氨氣等滲碳工藝時(shí)）。液化氣燃燒廢氣，安全且環(huán)保。安全用氣事關(guān)安全大事，絕對(duì)不可節(jié)省。輔助氣體用量通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)氣氛達(dá)到工藝要求用量時(shí)，電磁閥的及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉可以達(dá)到減少不必要的浪費(fèi)。

（4）油的消耗 淬火冷卻介質(zhì)通過密室淬火，既減少燃燒的浪費(fèi)，又更為安全。

（5）其他 熱處理車間還有拋丸輔料鋼丸、檢測(cè)、測(cè)試用具等。

（6）勞保用品 安全鞋帽、防護(hù)眼罩、耳塞、防塵口罩等。

如何合理減少以上幾個(gè)方面的消耗也就成為熱處理工作者要考慮的重點(diǎn)。下面從設(shè)計(jì)、工藝、設(shè)備、質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)管理、加工制造工序前后協(xié)調(diào)等幾個(gè)方面討論熱處理的節(jié)能降耗問題。

一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

熱處理技術(shù)新材料的開發(fā)、新工藝的應(yīng)用、新產(chǎn)品的研發(fā)在我國(guó)幾乎與產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)脫節(jié)，國(guó)內(nèi)“重冷輕熱”現(xiàn)象相當(dāng)普遍而且嚴(yán)重。一張產(chǎn)品圖樣幾何尺寸、精度都有標(biāo)注，熱處理技術(shù)要求以文字或表格方式來描述。機(jī)械設(shè)計(jì)按力學(xué)計(jì)算相應(yīng)服役條件下零件需要的強(qiáng)度，且目前3D軟件可以模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與應(yīng)力分布，如何轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中可以測(cè)量的熱處理技術(shù)指標(biāo)，提出科學(xué)合理的熱處理要求，機(jī)加工人員也是一知半解，憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)或相互討論或請(qǐng)示有經(jīng)驗(yàn)的權(quán)威專家。材料的選用按傳統(tǒng)習(xí)慣或參照有關(guān)材料手冊(cè)的資料與數(shù)據(jù)，熱處理工藝的制訂單獨(dú)依賴熱處理工作者進(jìn)行，相當(dāng)多的工廠還沒有專職熱處理工程師，由工人師傅或機(jī)加工人員代行制訂，甚至有些工廠受機(jī)加工人員交鑰匙工程思想的影響，把熱處理工藝制訂交由設(shè)備供應(yīng)商來進(jìn)行，設(shè)備供應(yīng)商為了拿到訂單，只能承諾負(fù)責(zé)設(shè)備和工藝，顯然很不專業(yè)。材料選擇，產(chǎn)品設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)的熱處理工藝性通過冷熱加工技術(shù)人員的交流近年得到了很大的進(jìn)步，合理選材，厚薄不均過渡，凸凹臺(tái)階，轉(zhuǎn)角倒圓，結(jié)構(gòu)上減少產(chǎn)生應(yīng)力集中，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)采用熱處理輔助工裝加以修正。通用的規(guī)則大家基本了解和掌握，新材料要求與非對(duì)稱結(jié)構(gòu)、形狀特殊的零件熱處理工藝性還需要人們?cè)趯?shí)踐中去摸索與總結(jié)。

二、熱處理工藝

熱處理工藝對(duì)于熱處理節(jié)能降耗意義重大，作用明顯，我們可從以下幾個(gè)方面來采取措施：

（1）時(shí)間 傳統(tǒng)工藝計(jì)算時(shí)間t=kad，式中的t為加熱時(shí)間，k為裝爐系數(shù)，a為加熱系數(shù)，d為工件有效厚度。其實(shí)我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，一般是根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)和工件有效厚度來計(jì)算保溫時(shí)間。

（2）溫度 對(duì)一定重量的零件加熱及滲碳來說，溫度高，奧氏體均勻化快，滲碳擴(kuò)散快，時(shí)間短；溫度低，奧氏體均勻化慢，滲碳擴(kuò)散慢，時(shí)間長(zhǎng)，在保證質(zhì)量的前提下盡量采用高溫短時(shí)工藝。

（3）裝爐量 裝爐量的減少可以降低加熱零件時(shí)的消耗，然而其他基礎(chǔ)消耗幾乎沒有什么減少，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件或每千克零件上的公共消耗也就相對(duì)地增加了，熱處理爐有一個(gè)最大承載量保證設(shè)備使用壽命，通常以最大承載量的80%左右或最大承載量減少20kg為安全裝爐量。

（4）工裝輕量化及工裝材料優(yōu)化 工裝加熱也消耗能量，減輕工裝重量就可以多裝零件，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。目前，國(guó)外新技術(shù)采用低能耗的碳纖維材料代替耐熱鋼制作熱處理工裝。

（5）成組技術(shù) 工藝的適用性（專用性與通用性）是指任何一種零件由于材料、結(jié)構(gòu)的差異都有最適合的專用熱處理工藝，即采用該工藝進(jìn)行熱處理加工出來的零件，產(chǎn)品性能最優(yōu)。由于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，單個(gè)零件的生產(chǎn)量可能非常少，有必要利用成組技術(shù)整合相同或相似工藝成通用工藝，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量、成本、技術(shù)組合的最優(yōu)化。

（6）精益生產(chǎn) 生產(chǎn)安排實(shí)行精益生產(chǎn)、均衡生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)。通過合理安排生產(chǎn)，減少不必要的空爐加熱、空爐保溫、空爐降溫，把能源浪費(fèi)降至最低。

（7）工藝技術(shù)革新 雙排連續(xù)爐生產(chǎn)不同工藝的零件生產(chǎn)切換時(shí)，為了保證質(zhì)量，切換時(shí)需要放入空盤置換，浪費(fèi)很大。我們進(jìn)行了工藝技術(shù)革新，熱處理雙排連續(xù)爐生產(chǎn)不同有效硬化層要求的零件時(shí)，通過不同生產(chǎn)節(jié)拍的零件同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，免除生產(chǎn)切換時(shí)間，直接節(jié)省金額每年可達(dá)20萬元。

下表顯示連續(xù)爐每年為公司節(jié)省金額財(cái)務(wù)核算成果，全年如能滿負(fù)荷生產(chǎn)，每年可以節(jié)省上百萬元。連續(xù)爐年產(chǎn)能20萬套，本年度實(shí)際產(chǎn)能3.6萬套。

實(shí)際產(chǎn)能核算節(jié)省金額統(tǒng)計(jì)

以上計(jì)算僅指免除生產(chǎn)切換時(shí)間直接節(jié)省金額，不包括免除生產(chǎn)切換時(shí)間提高生產(chǎn)效率產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

三、熱處理設(shè)備

熱處理設(shè)備的功率很多都在幾百甚至上千千瓦，可想而知能源消耗巨大。搞好熱處理設(shè)備維護(hù)、維修、校驗(yàn)對(duì)于節(jié)能的重要也就顯而易見。熱處理設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)也可從以下幾方面考慮節(jié)能。

（1）采用變頻控制是節(jié)省電能的新技術(shù)。

（2）智能化自動(dòng)化控制，工藝用氣量達(dá)到要求時(shí)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。

（3）淬火油風(fēng)冷代替水冷，節(jié)約水資源，也避免油水混雜，更為安全。

（4）循環(huán)風(fēng)軸泵冷卻采用油自冷方式（專利技術(shù)），不需要任何能源，節(jié)能安全。

（5）爐體爐墻結(jié)構(gòu)及絕熱材料的設(shè)計(jì)，保證保溫性能及爐溫均勻性，體現(xiàn)節(jié)約能源的思想。

（6）底裝料進(jìn)爐方式，能夠減少爐氣損失。

（7）出料口采用油密封方式，能夠減少油品的損失，也更加安全。

（8）倒油裝置，零件淬火出油槽后，經(jīng)過淋油、倒油，把留在零件上的油通過集油盤收集過濾后回用。

熱處理設(shè)備在生產(chǎn)中要定期維修，檢查爐膛、爐門的密封性。配電箱相關(guān)儀器儀表、熱電偶、氧探頭、溫控儀、碳控儀等要定期校準(zhǔn)與維護(hù)，減少因電器故障造成停爐而產(chǎn)生的損失。各相關(guān)的操作設(shè)備如臺(tái)車、行車的維護(hù)，應(yīng)保證其處于良好的狀態(tài)，減少進(jìn)出爐不便而造成的損耗。

熱處理產(chǎn)品質(zhì)量在設(shè)備自動(dòng)化、智能化的今天，在很大程度上已從傳統(tǒng)的依賴于操作工的技術(shù)水平轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾囉跓崽幚碓O(shè)備與工藝，因此熱處理設(shè)備的重要性更加突顯。

四、熱處理產(chǎn)品質(zhì)量

提高熱處理產(chǎn)品質(zhì)量就是節(jié)能，一方面可以減少鋼材消耗，也可以減少返工造成的損失。熱處理內(nèi)在質(zhì)量的提高無形中潛在地提高了零件使用壽命，延長(zhǎng)零件使用時(shí)間，間接地節(jié)約了人類資源。一個(gè)工件若沒有經(jīng)過有效合理的熱處理，那該零件使用時(shí)限也就不會(huì)很長(zhǎng)，部件早期失效務(wù)必要制造新的部件去更換，這樣又必須消耗原材料及機(jī)械加工工時(shí)和其他相關(guān)費(fèi)用。有效合理的熱處理可使工件的使用壽命成倍增加。熱處理質(zhì)量?jī)?yōu)良可避免工件早期失效和工件熱處理返修等一系列程序。所以，我們國(guó)家20世紀(jì)70年代有一個(gè)口號(hào)：“搞好熱處理，零件一頂幾”。質(zhì)量第一，不能為了節(jié)能而影響產(chǎn)品質(zhì)量，也不能追求過剩品質(zhì)造成能源浪費(fèi)。

熱處理產(chǎn)品質(zhì)量包括產(chǎn)品外觀、零件表面硬度、心部硬度、有效硬化層深度、金相組織等，這些熱處理內(nèi)在技術(shù)指標(biāo)綜合反映了零件的力學(xué)性能，有條件的企業(yè)還可以采用材料性能及直接檢測(cè)服役條件下的力學(xué)性能如強(qiáng)度、拉伸、耐磨性等。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用無損檢測(cè)方法通常檢驗(yàn)零件非工作面表面硬度，金相組織以試塊試樣的檢驗(yàn)結(jié)果作為判斷依據(jù)。

五、熱處理制造前后工序

熱處理質(zhì)量對(duì)于節(jié)能的意義如此重要，而熱處理質(zhì)量不僅要考慮前面加工工序的影響，例如機(jī)加工進(jìn)給量大產(chǎn)生加工應(yīng)力，進(jìn)而影響零件熱處理變形的分散度，重要零件需要在熱處理前進(jìn)行去應(yīng)力處理。也要考慮后面加工工序的相互影響及對(duì)零件最終性能的影響，零件表面狀態(tài)不良，如表面缺陷導(dǎo)致零件在交變應(yīng)力下形成疲勞裂紋。預(yù)備熱處理既是對(duì)后面機(jī)加工準(zhǔn)備外部加工硬度條件，也為最終熱處理作好內(nèi)部組織準(zhǔn)備。鋼材冶煉，毛坯鍛造，零件加工，零件的“今世”與零件的“前生”有因果關(guān)系，零件的每一次加工都會(huì)對(duì)內(nèi)部組織留下痕跡與影響。所以，熱處理是一個(gè)系統(tǒng)工程，延伸至從材料的冶煉到零件設(shè)計(jì)、加工制造直至最終加工的全過程。

六、熱處理現(xiàn)場(chǎng)管理

熱處理現(xiàn)場(chǎng)管理包括工藝、設(shè)備、人員、物料、質(zhì)量、安全及環(huán)境等管理。熱處理節(jié)能很多時(shí)候是與工藝管理有關(guān)，因此應(yīng)嚴(yán)格制訂熱處理工藝守則及設(shè)備操作規(guī)程和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。很多時(shí)候工藝執(zhí)行到位與現(xiàn)場(chǎng)管理密切有關(guān)。合理安排工作，嚴(yán)守工藝紀(jì)律，減少停爐時(shí)間，把爐子升溫時(shí)段放在用電便宜的時(shí)段進(jìn)行。生產(chǎn)安排上要盡可能地批量滿負(fù)荷生產(chǎn)，不夠裝爐量的應(yīng)該搭裝拼爐。提前做好各項(xiàng)熱處理工作前準(zhǔn)備及5S管理。定期點(diǎn)檢、巡檢及日常保養(yǎng)維護(hù)好熱處理各設(shè)備的運(yùn)行情況，計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、考核熱處理生產(chǎn)中能耗，針對(duì)消耗不合理項(xiàng)進(jìn)行整改。精益生產(chǎn)工序成本控制就是按即定的工序成本目標(biāo)，對(duì)工序成本形成過程的一切消耗，進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算、調(diào)節(jié)和監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與預(yù)定的工序成本目標(biāo)之間的差異，并采取有效措施糾正不利差異，使工序產(chǎn)品實(shí)際成本被限制在預(yù)定目標(biāo)范圍之內(nèi)。人員管理通過教育、培訓(xùn)、考核等制度措施提高熱處理人員操作水平及節(jié)能意識(shí)，充分發(fā)揮人員的主觀能動(dòng)性和工作積極性。人員定額是生產(chǎn)成本的其中一項(xiàng)，熱處理生產(chǎn)特點(diǎn)三班流水作業(yè)，晚班生產(chǎn)時(shí)管理人員、監(jiān)督人員、技術(shù)支持與其他輔助人員少，實(shí)行人性化管理顯得尤其重要。

質(zhì)量管理體系ISO9001、環(huán)境管理體系ISO14000、職業(yè)健康安全管理體系OHSAS18000以及汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系TS16949，都要求有組織機(jī)構(gòu)、管理目標(biāo)、過程控制、記錄與分析、管理評(píng)審。關(guān)注質(zhì)量是ISO9001，關(guān)注環(huán)境是ISO14000，關(guān)注職業(yè)健康安全是OHSAS18000，體現(xiàn)了相同相似處理問題的思想和方法論。熱處理因其工作特殊性，適用特殊過程審核CQI-9，這些管理體系集全球管理專家智慧之大成，是人類文明的成果。CQI-9對(duì)于熱處理行業(yè)針對(duì)性很強(qiáng)，具有很強(qiáng)的操作性，非常實(shí)用，是熱處理現(xiàn)場(chǎng)管理的指南。

熱處理現(xiàn)場(chǎng)管理要活用質(zhì)量管理工具，精益管理方法，推行可視化管理、5S管理。熱處理設(shè)備、工藝是硬件，人員是軟件，只有軟硬兼?zhèn)洌喙荦R下，綜合統(tǒng)籌，才能創(chuàng)建安全、環(huán)保的工作條件，節(jié)約能耗，提高效率，降低成本，生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品。

七、結(jié)語

熱處理理論博大精深，體系嚴(yán)謹(jǐn)，具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性.由于科技手段的局限，使得人們對(duì)熱處理的認(rèn)識(shí)停留在看不見摸不著的階段，西方科技的發(fā)達(dá)使得熱處理技術(shù)要求精準(zhǔn)化。

節(jié)能減排在熱處理工作中處于很重要的地位，如何節(jié)約能耗，提高生產(chǎn)效率，降低成本，生產(chǎn)與技術(shù)管理水平提高是重要措施。熱處理是消耗能源的大戶，消耗基數(shù)大，節(jié)能潛力大，節(jié)能市場(chǎng)廣闊。節(jié)能意識(shí)必須從我做起，從現(xiàn)在做起，從工作中的一點(diǎn)一滴做起，使熱處理技術(shù)達(dá)到節(jié)能、減排、優(yōu)質(zhì)、高效的目標(biāo)，也使熱處理生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)、成本控制得到有效提升。

熱處理節(jié)能潛力無窮，節(jié)能大有可為，任重而道遠(yuǎn)！