基于金属材料热处理节能新技术应用的分析

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720095

摘要：目前，我国对金属材料的热处理存在能耗高、污染大的现状，在技术水平上有着很大的提升空间。本文从我国的金属材料热处理现状出发，提出化学热处理、真空热处理、激光热处理、振动时效热处理和超硬涂层热处理五项节能新技术，并探索这五项节能新技术的具体应用。

关键词：金属材料；热处理技术；节能技术

随着社会总体生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，如何降低金属材料热处理的能耗，实现节能减排，减小对环境的污染，是目前机械工业所面临的重大课题。热处理技术在节能方面有着巨大的潜力，开发热处理节能新技术，研究其在生产工作中的应用，对于建立生态环保型社会、实现企业的可持续发展有着重大意义。

1 我国金属材料热处理生产现状

近年来，随着我国对经济建设的愈发重视，机械制造业正在飞速发展，而机械制造业的发展也带动了金属材料热处理行业。目前，我国绝大部分地区的金属材料热处理行业都已经发展起来，其规模也在不断地壮大，据有关部门统计，我国目前有着大概16000家金属热处理厂，厂内的从业人员将近40万人。众所周知，金属行业的能源消耗十分严重，尤其是金属热处理工艺，其耗能约占我国整个能耗总量的四分之一。但是在同样的耗能情况下，国外的一些发达国家在这一行业的总产量却是我国的六倍左右。造成这一结果的原因有很多，例如在节能方面，我国没有采用节能技术的金属热处理厂大约超过了70%，其技术相对较为落后，尤其是一些大型的国有金属热处理厂，这些厂家由于受到技术和资金的限制，没有采用科学有效的节能措施，厂内的设备陈旧，产品达标率很低，一些产品的返修率更是超过了20%，有些产品在达标之前要经过多次处理，极大地浪费了资源，更别说实现节能。还有的厂家为了节约成本，经常使用一些已经被淘汰的设备，不仅质量无法得到保证，更严重的污染了周边的自然环境。而且随着社会的发展，很多高校都陆续取消了金属热处理专业，导致国内的专业热处理技术人员数量减少，出现了青黄不接的现状。

2 金属材料热处理节能新技术的应用

2.1 化學热处理技术

传统的热处理技术由于其过长的加热时间，导致其耗电和污染情况都非常严重，这种情况下，采用化学热处理薄层渗入技术能很好地起到节能效果。由于该技术能用化学方法降低金属材料的涂层厚度，所以会大幅度缩减加热时间，从而减少耗能。实践证明，如果能将金属材料表面渗碳层的厚度减少30%，则可节约30%以上的用电量，从而节省石油、煤等燃料大约50%。以我国的钢球产业为例，其生产过程中就广泛地采用了薄层渗碳技术，在钢球的生产期间，甲醇和煤油的消耗量减少了52%以上，这不仅提高了钢球的生产效率，也使钢球的使用寿命增加了一倍，在起到环保效果的同时，又为企业减少了支出的成本。

2.2 真空热处理技术

在机械制造过程中，真空热处理技术已经成为了一项受到广泛信赖的新型节能技术，且广泛应用在了金属的热加工过程中。该技术的优点是使用了无氧处理介质，其处理渗碳零件不会出现内部氧化的现象。此技术有着极高的渗碳温度以及很短的产品生产周期，其排放的废气量得到了大幅的减少，省去了很多高排放设备的使用，工作人员不需要持续地保持炉内的温度，从而减少了电能的消耗，使设备的利用率达到最高，从而实现节能减排的目的。推广高压气淬技术、开发新型的真空气淬炉，是热处理节能技术的未来发展方向。

2.3 激光热处理技术

随着科技的进步，激光技术正在高速发展当中，将激光技术运用到金属材料热处理领域是近几年新兴的工艺。激光热处理技术，就是将激光本身所含的高密度能量照射在金属材料的表层，使金属表层所含有的能量密度处于100～100000kW/cm2。在这样高的能量密度区间内，可以满足所有种类金属材料热处理的需求。同时，激光热处理技术由于其升降温速度快的优点，在热处理时不需要对金属材料进行淬火预热等工序，且经过激光热处理的材料也不需要进行后续机械加工，其节能效果非常显著。

2.4 热处理的振动时效处理技术

为了消除金属材料在热处理过程中所产生的热残余应力，保证产品尺寸和质量达到预期要求，避免重复热处理的发生，可以采用热处理的振动时效处理技术。例如一些小型的金属热处理厂，由于受到厂内工艺水平和环境条件的影响，工作中经常会在金属材料的内部留下一些微小的裂纹和热残余应力，这些问题轻则影响金属材料的使用寿命，重则导致材料损伤甚至不合格，需重新加工处理，造成资源浪费。这种情况下，厂家可以采用振动时效处理技术对这些问题进行解决。利用这一技术所消耗的电能，与传统技术相比减少了约40%，而处理后的金属韧性则提高了将近35%，完美扩大了企业的利润空间。

2.5 热处理的超硬涂层技术

在机械制造业中，需要大量加工所需的工具零件，为了延长这些工具零件的使用寿命，减少热处理所需的时间，实现高效低耗、节能环保的生产目标，厂家可以在加工过程中使用超硬涂层技术。该技术的具体操作是，通过离子轰击、化学热处理等方式，在生产中将刀具和模具的表面进行沉积和硬化，然后再通过溅射的方式处理2μmTiN，其全程实现了电脑的自动监控。加热源产生根本变化，是这项技术的关键要素，在提高产品质量的同时，又实现了生产过程的自动化。

3 总结

综上所述，金属材料的热处理技术的先进水平程度决定了机械产品的质量，而热处理技术的节能水平对于实现节能减排、经济环保等目标更是影响重大。将金属材料热处理节能新技术广泛应用到生产工作中，会有效的提高金属材料的质量，增加材料的使用年限。笔者希望本文提出的五种热处理新兴技术能为金属行业节能目标的改进起到借鉴作用。

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.[20170807].

[2]葛欣.金属材料热处理节能新技术的应用[J].中国高新技术企业，2011，（33）：8182.[20170807].

作者简介：刘亚光（1966），男，赤峰市人，本科，中级（工程师），专业：金属材料与热处理，研究方向：制造业方面。