金属材料热处理节能新技术及应用

董文　姜秋月

摘 要 随着我国社会经济的不断发展，机械工业以及制造业也在不断的进步中。在工业制造中，金属材料是非常重要的部分，而热处理则是保证金属材料性能的最佳方式。在热处理技术中，需要消耗大量的电能，很多材料都需要经过这种方式才能使用。热处理技术需要通过炉窑来保证过程的充分进行，这样一来会对环境造成不良影响，因此，要在不断发展中创新节能技术。本文根据金属材料热处理技术的实际应用为基础，对节能问题进行了分析，旨在促进我国制造业的发展。

关键词 金属材料；热处理；技能；应用

中图分类号 F4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0094-02

随着我国现代制造业的不断发展，逐渐将环境保护也纳入发展的步调中，重视制造业的可持续发展和环境之间的融合。在制造业中，热处理技术的先进程度直接决定了金属材料的质量，目前我国经过热处理的金属材料在所有金属材料中占到了40%，但是热处理技术的过程中需要消耗大量的能量，会对环境造成严重的污染，用电量大，因此需要在节能上进行创新。在保证金属材料质量的基础上，降低热处理中的能源消耗，减少企业成本投入，提高企业利益，促进我国机械工业的发展。

1 机械工业发展与节能形式

机械工业有效推动了我国社会和经济的发展，在我国的经济体制中有着重要的地位。但是在快速增长的同时，所消耗的能量多、资源大，环境污染方面难以得到有效的治理。在我国的环境污染中，有80%左右都是由工业生产导致的，而热处理就是其中的一类。机械工业不仅要消耗大量的资源，还是排污的主要行业。因此，在机械工业方面的污染非常严重，尤其是热处理的过程，存在着高消耗、高排放、低效率的问题。

我国的机械工业在2006年的总产值已经高达5万多亿元，工业增加值达到1万多亿元，同比增长率达到35%左右。随着近几年的不断发展，我国机械工业所创造的利润也在不断升高，每年的增长率都在25以上，是我国工业中的首位。但是同时，所带来的环境问题也不容忽视。每年我国钢材热处理的总质量是全国生产的三分之一，经过热处理的金属材料达到1亿多吨。金属材料在经过热处理之后，会反应出大量的有害气体，排放不当的话还有可能会影响水质，对人们的正常生活造成影响。热处理中还会产生大量的有害粉尘，对环境造成了严重的污染。

2 国内外热处理节能现状对比

热处理在机械工业行业中是一种特殊的工序，在进行加工时难以观察到产品的内部质量，只有在现实中进行使用时才能发现。虽然我国社会经济正在不断发展，但是热处理工艺并没有得到相关部门的重视，导致我国这方面的研究较为缓慢，在进行热处理节能技术研究时和国外有着较大的差别，主要可以从以下几个方面进行分析。

1）政策法律保障。我国在1996年出台了《关于环境保护若干问题的决定》，在其中规定我国的企业在对生产工艺进行完善的过程中，要使用能量消耗小，污染物排放量少的生产工艺。在1997年出台了《关于推广清洁生产的若干意见》，要求地方政府的相关部门要将清洁生产理念融入到企业的制造生产中。随后，很多省市也针对性的出台了地方上的清洁生产的法律法规。但是，在劳动者的安全、利益方面的针对性法律法规较少，仍有待完善[1]。

2）科技政策和组织。美国能源部对热处理企业作为核心发展企业，认为其在制造业中有着重要的地位。在1996年，召集了20名热处理领域的专业人员，对美国热处理行业的发展提出了计划。次年，由17名专家组成的热处理学位对未来热处理的发展制定了发展路线，并在设备、工艺、材料、环境保护等方面开发了众多项目，制定了美国在2020年的计划，在能源消耗、成本投入、生产周期、环境污染等方面都提出了具体的要求。

近年来，我国虽然也出台了有关热处理的多项政策，对热处理行业的未来提出了一定的发展意见，例如“九五”、“十五”、“十一五”等。但是，并没有像美国一样组建一个专门的机构来对热处理行业中的新兴技术和材料进行开发。此外，我国相关部门也没有投入专项资金，对新兴的技术进行创新开发，因此发展速度较慢。

3）生产规模和模式。由于我国的社会原因，目前热处理企业大多都是单独性的封闭企业。在一个工厂中，分为铸、锻、电镀、热处理等全能型机组，这样一来，由于任务量不足、生产效率低下，导致设备的利用率较低，消耗大量的无效能量，对环境造成了严重的影响。和美国相比，我国的专业热处理厂只有美国的2.86%，生产效率只有美国的3.75%，设备利用率只有30%，但消耗的电能却比美国要高了将近一半。鉴于此种情况，我国在上世界80年代对热处理厂进行了整改，撤销了大量技术差、产量低、成本高的厂点，并建立了大量的专业热处理厂，几年之内有了巨大的改善，生产效率、设备利用率方面都有所提高，能量消耗也降低了很多。因此，我国还要不断加强对热处理厂的监督和整改，降低能耗，提倡环保。

4）工艺设备。我国热处理行业的工艺设备在近年来已经有所改善，但是从整体上看依旧处于较低状态，能源的利用效率低，存在大量的浪费情况。因此，要对相关的工艺、设备进行改造，促进节能技术的开发。在我国的热处理工艺中，还没有掌握较为先进的制造技术，和实际需求之间有着一定的差异。因此，必须要加速设备的开发、创新工艺。在我国的热处理现状下，材料也有着很严重的问题，品种不齐全，质量难以保证，有大量“以次充好”的情况出现。因此，相关部门要加强监督，推进我国热处理工业的发展。

5）企业素质有待提高。随着我国教育改革的不断深入，热处理的专业人才难以满足市场的需求。目前在我国的企业中，很多都没有专门的热处理工程师，大多工作人员都没有经过统一的教育，专业性不强。目前，我国已经建立了大量的热处理工程师培训班，对人才培养起到了一定的推动作用。另一方面，我国很多企业规模较小，管理水平差，在安全生产和环保上并没有予以重视。因此，相关部门应当加强监督，建立良好的管理体系，提高企业和相关人员素质[2]。

3 热处理节能技术应用

在热处理中，传统的加热介质大多是空气和熔盐，以油为冷却介质。这种方法对环境污染较为严重，应当进行限制并开发全新的工艺取代，创新清洁节能的热处理技术，提高热处理的效率，对节能和环境问题进行

改善。

1）真空热处理技术。真空加热指的是将产品放置在负压空间中进行加热的工艺。一般情况下，热处理加热过程中真空度都在10-5Pa以下。真空加热和传统的加热方式相比，有着多种优势。例如，可以有效避免产品在过程中出现的额氧化和脱碳情况，并且还有着脱脂、脱气、净化表面、不易变形等多种优势。另一方面，产品还可以在真空环境下进行低压渗碳、渗氮等处理，而且在真空中进行共渗后，通过高压气淬，能够使产品具备良好的性能，降低生产时间，提高生产效率，是一种良好的清洁热处理技术。目前在模具、汽车等领域有着广泛的应用。但和国际相比，其普及程度仍较小，而且设备也大多是由国外引进的，资金昂贵。因此需要不断进行研究，开发出符合市场需求的真空设备，提高我国热处理行业的效率。

2）离子渗氮和渗碳技术。该技术指的是将在低压容器中的产品在辉光防电作用下，用带电粒子对产品的表面进行轰击，提高其温度，从而将所需要的原子渗入到产品的表层。和传统的方法相比，这种方法的效率较高，不易出现变形的情况，并且对环境的污染较小，没有烟雾和废气的排放。

3）感应加热技术。该技术建立在电磁感应的基础上，让产品的表面产生涡流从而提高其温度。这种方法的速度快，可以进行精确控制，所消耗的能源较少，也有着一定的环保效果。

4）淬火冷却装备技术。通过气淬、水淬、水务冷却等方式代替传统的淬火方式，我国的相关研究人员开发的淬火冷却系统有着一定的示范作用。通过水-空冷却的方式，能够保证塑料模具的截面硬度小于3-5HRC。

5）热处理计算机技术。通过这种技术，能够对热处理过程中的每个细节都进行精确的控制，保证产品的质量，并实现环保、节能的目的。在传统的工艺技术中，有很多都是根据经验进行操作的，导致难以保证操作的规范性，甚至很多工艺要求的制定都不够科学，导致产品的质量不稳定，可靠性差，浪费了大量的能源。随着信息化的不断发展，热处理信息化也是一种必然的发展趋势。通过计算机模拟和智能化技术的辅助，能够对热处理过程中的各个环节进行模拟，对其中可能出现的问题进行分析，并制定相应的解决措施，从根本上提高产品的质量，也是我国热处理企业的未来发展方向[3]。

4 结语

金属材料热处理是一项非常复杂的工作，在生产过程中，能耗大、污染环境严重也是热处理行业最大的问题。因此，要对热处理技术进行创新，并推广全新的技术，对现存的问题进行全面分析，以节能减排为优化标准，促进我国热处理行业的发展。

参考文献

[1]郑玲.金属材料热处理节能新技术的运用研究[J].机电信息，2013（06）：89+91.

[2]李其敏.金属材料热处理节能新技术探析[J].广东科技，2012（21）：154+100.

[3]冯小波，刘小丽.金属材料热处理节能新技术及应用[J].科技创新导报，2010（14）：30.