褚鐵成

[摘 要]金屬材料加工一直是工業(yè)生產(chǎn)當中的重點，金屬材料進行熱處理，是金屬材料在加工的過程當中最“困難”的環(huán)節(jié)之一，其困難過程并不在本身的處理工藝上，而是在如何做到節(jié)能減排上，現(xiàn)有的金屬材料熱處理工藝不但高耗損、低產(chǎn)出、能源利用率低；金屬熱處理設備陳舊、工藝技術(shù)落后；產(chǎn)品達標率低，需要多次處理，而且還存在著缺乏專業(yè)熱處理人才，缺乏專業(yè)技術(shù)指導的現(xiàn)狀，所以正是針對這一點，筆者通過分析現(xiàn)有的金屬熱處理工藝問題，從而淺析一下節(jié)能新技術(shù)的開發(fā)。

[關(guān)鍵詞]金屬熱處理；熱能動力工程；應用

中圖分類號：TG15 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0042-01

1、金屬熱處理的實在意義

金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是材料生產(chǎn)中的最重要的工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體化學成分，而是通過改變工件的內(nèi)部的顯微組織，或改變工件的表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能觀察到的。金屬熱處理中的“四把火”指退火、正火、淬火（固溶）和回火（時效）。

退火是指將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料的和工件的尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，其目的主要是降低材料的硬度，提高塑性，以利于后續(xù)加工，減少殘余應力，提高組織和成分的均勻化。退火根據(jù)目的不同分為再結(jié)晶退火、去應力退火球化退火、完全退火等。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，有時也用于對一些要求不高的零件的最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機鹽、有機水溶液淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后材料為不平衡組織，通常很硬很脆，需要在高于室溫的某一溫度進行長時間的保溫，再進行冷 卻，這種工藝叫回火（時效）。

2、我國金屬材料熱處理的生存現(xiàn)狀和問題

近年來機械制造業(yè)在我國國民生產(chǎn)總值的分量也越來越重。熱處理行業(yè)也在其發(fā)展的大環(huán)境下迅猛發(fā)展，在全國各地呈現(xiàn)了遍地開花各式各樣的熱處理廠。根據(jù)有關(guān)部門的不太完全統(tǒng)計，目前在我國各式各樣金屬熱處理廠有16000多家，工廠工人有400000多。對于金屬熱處理的高能耗在我國總能耗中約占25%，在我國工業(yè)總能耗中卻以占到60%。然而，在一些西方發(fā)達國家中，在相同的能源損耗下卻能產(chǎn)出是我國產(chǎn)品的6倍數(shù)量。雖然我國總量多，但是再利用率上卻很低，造成這種差距是小作坊式的管理模式。還有就是在科學技術(shù)人才的使用中，沒有把科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為先進的生產(chǎn)力。據(jù)統(tǒng)計，在我國金屬材料熱處理行業(yè)中設備利用率才到30%多，在其基數(shù)越大，在金屬材料熱處理過程中，浪費數(shù)量也是很驚人。因此，沒有先進的熱處理生產(chǎn)技術(shù)作為生產(chǎn)動力，金屬材料熱處理行業(yè)很難長足發(fā)展。所以，我國在金屬材料熱處理上還有很長一段路要走。

3、我國金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)和應用

我國熱處理能源利用的現(xiàn)實情況是能量耗費巨大，效率不高且能源浪費和污染極為嚴重。造成能量耗費高的主因是機械設備的運轉(zhuǎn)效率較低、機械設備裝爐量不滿、機械設備低利用效率、供加熱的機械設備相對落后，無功效消耗的能源多等。當前我國的熱處理節(jié)能新技術(shù)及應用主要要通過革新工藝、改進設備實現(xiàn)。

3.1、化學熱處理的薄層滲入技術(shù)?；瘜W熱處理的薄層滲入技術(shù)打破人們認為的，各類化學元素滲入金屬表層的深度和性能成正比的錯誤認識。實踐和理論分析，滲層過深不但降低零件韌性且不利于增強產(chǎn)品的綜合性能，無端增加成本和污染。為此中國的機械業(yè)和制造業(yè)使用化學薄層滲入的相關(guān)工藝技術(shù)，降低滲碳層三成，節(jié)約電能也達到三成多。

3.2、超硬的工具零件涂層技術(shù)。這個化學技術(shù)通過離子對加工的金屬工件做轟擊，提高工件的的應用期限。高新設備對熱處理采用全程電腦監(jiān)控，縮短了時間，提高了質(zhì)量，有利于優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能生產(chǎn)。

3.3、處理振動時效的技術(shù)。振動時效的處理工藝是為了消除金屬制件的殘余內(nèi)應力，使金屬工件的尺寸不容易變化，防止金屬工件受熱變形。傳統(tǒng)工藝多是加熱時效，主要是通過熱處理爐的長時間的低溫加工，費用大且時間長，很大程度加大了電能耗費。而使用振動時效的工藝的機械能節(jié)省電量。二者相比，節(jié)約能量四成的同時金屬韌性五成

3.4、熱處理的CAD技術(shù)。熱處理的CAD技術(shù)應用計算機的模擬技術(shù)，模擬生產(chǎn)環(huán)境研究、設計熱處理的工藝。在開發(fā)智能熱處理噴淋控制，噴霧冷卻，正確選擇淬火劑和淬火的方法等方面，熱處理智能的CAD技術(shù)可以減少能耗，節(jié)約電能，是高新技術(shù)在熱處理中應用的重要表現(xiàn)。

3.5、熱處理真空技術(shù)。真空的熱處理技術(shù)有一個特別明顯的優(yōu)點就是使用了無氧處理的中介媒質(zhì)，所以在真空滲碳的零件不會有內(nèi)氧化的現(xiàn)象發(fā)生。由于真空的熱處理工藝設備可以提高滲碳的溫度，進而使生產(chǎn)周期有效縮短。熱處理工藝可有效降低所用氣體排放量和消耗量，真空熱處理工藝不用安裝點燃器、火簾和用于的排氣裝置，不工作時可以停止運轉(zhuǎn)，明顯縮短降溫時間和加熱時間，充分發(fā)揮了設備的效率。

現(xiàn)在國外這門技術(shù)是朝著以下方向有序地發(fā)展：在真空以后，把惰性氣體反向充進爐內(nèi)，科學之處是，爐膛的攪拌風扇會自然產(chǎn)生風后對流傳熱，這樣的傳熱方式使加熱更平衡；設計氣流活動時事先采用計算機模擬實際情況，使熱處理的氣淬均勻分布；推廣真空氣淬技術(shù)，強加壓使氣體的交換能力更強、更高，有效提升冷淬室、噴嘴的冷卻速度；研究使用更新型真空氣淬爐和高壓氣淬技術(shù)，推進負壓滲碳和等離子滲碳的技術(shù)更新。

3.6、熱處理的激光工藝。使用高功率的激光束照射金屬零件的表面，使金屬的表面發(fā)生改性的合金變硬，這些改性處理在使用其他的方法無法達到金屬零件表面變化。

激光超強的穿透能力使加熱金屬到熔點溫度時，待到金屬面發(fā)生奧氏體化后要立刻自冷淬火，激光淬火的金屬部位能夠得到最大的壓應力，這樣經(jīng)過激光處理過的金屬面的疲勞性能可迅速提升。激光熱處理工藝使金屬零件表面處理的受熱和變冷都在很短的時間內(nèi)完成，，因此金屬零件面的成分、耐磨硬度都達到了最佳組合；激光淬火可以控制淬火的范圍，可以采用選擇性淬火和多光斑尺寸處理一些局部硬化；由于激光的遠距離傳送性能，可以多個工作臺共同使用一臺激光器，通過計算機實現(xiàn)激光的熱處理工藝的自動化管理。

結(jié)束語

金屬材料熱處理節(jié)能的開發(fā)應用是近年來才被提上日程的，通過上文闡述我們一共總結(jié)出了化學熱處理技術(shù)、工具零件超硬涂層技術(shù)、激光熱處理技術(shù)、振動時效處理技術(shù)等多項新型的節(jié)能技術(shù)，但是在此筆者還需強調(diào)一點，那就是在進行熱處理節(jié)能技術(shù)開發(fā)的同時，也應當考慮一下對于機械制造生產(chǎn)設備的利用，如此才能保障從生產(chǎn)到工藝全方面節(jié)能的效果。

參考文獻

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