金属材料热处理的节能技术探究

李晓丽

摘 要：科技的进步推动了我国金属制造业的发展。金属材料的热处理是金属制造过程的关键，金属材料热处理的节能技术是近年来金属制造业关注的重点。本文在分析金属材料热处理现状的基础上，对金属材料热处理的节能技术进行了概括，以期为金属材料热处理节能工作提供参考。

關键词：金属材料    热处理    节能技术

金属材料的制造是金属行业发展的关键，而金属材料制造的关键工艺是热处理，热处理过程约占整个金属材料制造生产过程的25%。传统的金属材料热处理存在能耗大、污染大等问题。金属材料热处理的节能技术探究迫在眉睫。

一、我国金属材料热处理现况

（一）设备落后，工艺水平低

我国金属材料热处理企业整体上呈现出多而弱、小而散的特征。超过60%占主导地位的民营热处理加工企业属于小微企业，其特点是劳动密集型生产、设备落后、生产工艺水平低、自动化程度低。其中大部分企业沿用的还是传统陈旧的热处理与节能工艺，能量耗损较高，理念相对落后，这导致大量的能源被白白浪费。

（二）能源消耗高，利用率低

大部分中小型的金属材料热处理企业采用粗放型管理，没有给予工艺和技术足够的重视，导致其在生产和制造的过程中出现了能源消耗过大、利用效率较低等问题。据统计，我国在热处理上的能量耗损是美国、德国等热处理技术发达国家的数倍。而由于设备落后和工艺水平低，成品的质量往往达不到相关要求，不合格的成品还需要返厂重修，造成了资源的极大浪费。

（三）废弃物多，污染严重

热处理过程中会产生废气、废水、废渣和噪声等污染。因各金属材料热处理企业设备和工艺的不同，产生的主要污染物也不同。通常情况下，废气是由氯、溴等卤族元素产生的有毒有害气体。废水中的污染物成分高达8～10种，主要包含钡盐废水、硝盐废水、含油酸碱废水，通常含有重金属或具有腐蚀性。废渣的成分较多，其中硝盐废渣和钡盐废渣占大多数。热处理产生的废气、废水、废渣等一旦排放到空气、水体或土壤中，将严重污染自然生态环境并危及人们的身体健康。

（四）专业人才匮乏，自主创新能力弱

一方面，我国紧缺热处理技术人员。经统计，热处理技术较高的上海、广州、苏州等城市热处理技术人员占金属材料热处理企业总人数的比例不到6%，远达不到国家要求的15%的标准;另一方面，热处理企业同大部分企业一样，人员流动大，企业陈旧的管理理念留不住专业人才，这也给热处理人员的岗前培训和人才培养储备带来影响。当前，技工院校相关的专业课程开设较少。在热处理生产技术节能方面，我国目前主要依靠引进国外先进设备和工艺，自主研发和创新还不够。

二、金属材料热处理节能技术概述

（一）化学热处理技术

化学热处理技术也被称为化学热处理薄层注入技术，是通过化学处理的方式，使一种或几种元素渗入金属材料表层，改变钢件表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理技术可以有效减少金属材料表面的涂层厚度，缩短金属材料的加热时间，降低能源消耗。

（二）真空热处理技术

在热处理的过程中，金属材料部件经常出现氧化现象，进而因氧化失去金属性能，影响产品质量，造成资源的浪费。为了解决此类问题，真空热处理技术应运而生。真空热处理技术是在真空的环境下，对金属材料表面进行热处理并快速过渡到高压气淬的工序，能够缩短金属材料热处理的时间，达到节能的目的。

（三）激光热处理技术

激光热处理技术是用激光照射金属材料表面，从而改善金属材料表面性能，提高其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的工艺。激光热处理技术操作简单、方便、易控，对金属材料热影响区域较小，加热快，硬化效果好，变形小。激光淬火生产工艺相较常规淬火，金属零件硬度能够提高20%以上，同时，不需要任何冷却介质，便可实现自冷硬化。实际应用时，激光热处理技术加热速度快，加热时间短，热畸变小，大大降低了能源消耗，缩减了生产成本。此外，该工艺为自冷却方式，无须淬火液，是一种清洁的热处理技术。

（四）感应加热热处理技术

感应加热热处理技术加热的是工件局部，是通过感应电流来实现的。在交变电流的作用下，感应器（线圈）产生交变磁场，作用于作业工件，工件表层的电能转化为热能，实现表面加热。加热层的厚度和通入的交变电流的频率有关，频率越高，加热层的厚度越薄。感应加热热处理技术加热速度快，不必整体加热，工件变形小，电能消耗小;加热设备控制简单，操作容易实现自动化，从而提高工作效率、降低生产成本。

（五）振动时效处理技术

金属材料经热处理后，受工艺、环境的影响，由于残余热应力等的存在，金属材料表面经常会出现细小的裂纹，导致热处理产品达不到相应标准，造成能源的极大浪费。振动时效处理技术俗称“振动消除应力法”，当工件内部的残余内应力超过材料屈服限度时，通过采用不同频段下的控制系统调整激振器的转数，让其产生离心力，让待处理的金属材料器件发生谐振，让需要处理的工件部位发生交变运动，使材料发生细小的塑性变形，提升工件的稳定性，避免工件变形等问题出现。

（六）热处理CAD技术

该技术将热处理技术与计算机相结合，通过计算机软件对热处理工艺进行模拟，精准分析和掌握设备的设计缺陷及能源消耗，以便在实际作业中调整与改进工艺参数，将热处理过程中的能源损耗降到最低、污染降到最低，从而实现环保节能。

三、小结

我国同先进工业国家相比，热处理行业目前还存在设备落后、工艺水平低、能耗大、污染重、人才匮乏等问题。热处理行业应加大对节能技术的研究和实践，逐渐淘汰旧设备、工艺，推广节能技术，注重专业人才培养，注重研发创新，逐步建立一个管理精细、工艺先进、绿色发展的优质、高效、节能、环保的热处理体系，从而为金属制造业带来新的机遇。

参考文献：

[1]苗高蕾.浅谈金属材料热处理节能新技术的运用[J].化工管理，2013（12）.

[2]刘亚光.基于金属材料热处理节能新技术应用的分析[J].科技风，2017（10）.

[3]蒋超友.金属材料热处理节能新技术的运用研究[J].中国金属通报，2020（2）.

[4]张存来.金属材料热处理节能技术研究进展[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2015，14（3）.

（作者单位：郑州工业技师学院）