金属热处理工艺在热能动力工程中的应用

2021-11-28刘言龙

魅力中国 2021年51期

刘言龙

（枣庄华润纸业有限公司，山东枣庄 277200）

在热能动力工程领域，关于原件的锻造，涉及的材料处理作业难度相对较大，这是因为在进行热处理过程中，会对材料内部的显微组织产生影响，而这些细微影响往往会直接左右工件内部质量。这就使得在热能工程中关于金属热处理技术的应用较为普遍，属于热能动力工程发展不可或缺的一部分。可以说，伴随着金属热处理技术的广泛应用以及逐渐成熟，推动着国内热能动力工程领域的快速发展，因此探究该项技术在热能动力工程中的应用要点大有裨益。

一、金属热处理工艺概述

关于金属热处理工艺的理解是指在高温环境或者是通过适当温度加热金属工件的方式，时候采用不同的冷却方法实施降温的工艺，该工艺的重要性体现在针对材料的生产和锻造方面，能够做到在不改变金属工件形状，属性以及化学成分的情况下，针对其内部的杂质进行去除，从而提高材料的整体纯度，是材料的性能更加优良。通常为对金属工件进行热处理的情况下，其整体硬度较高，还有可能在后续的加工过程中出现断裂的情况。而热处理之后，材料内部的组织得到改善，实现强度的下降以及塑形的提升，材料的可用范围得到扩展。

二、热能动力工程与金属热处理的关系

将金属热处理加工工艺应用于热能动力工程中，使该项工艺进一步发展的重要表现，同时也为热能动力工程的发展提供了良好的动力。首先，金属热处理工艺和热闹工艺之间存在一定的关联，尤其是在科学技术快速发展的推动下，二者之间的联系越发紧密。比如近几年已经出现高等级材料在火力发电厂中的应用案例，如P92、T92、HR3C 等，都离不开金属热处理工艺的支持。热能物理工程基础作为发展方向的理论根据，同时采纳能量嫡变的依据在其中。热能动力工程发展过程中始终坚持将金属热加工技术工艺融入其中，遵循相互促进的原则，因此在实际生产过程中衍生出了更多金属热加工工艺和热能动力工程进行结合的亿万利，并且关于热操作也表现出较多的重复利用现象。热能动力工程所包含的内容十分广泛，例如力学、动力学、传热学以及热技术等，可以发现，上述内容普遍和热有着关联，而热往往是决定金属加热工艺技术发展的重要因素，这就使得金属热加工工艺和热能工程之间存在联系的载体，并且就金属发展领域而言，金属加工技术是推动金属行业不断发展的动力因素，无论是在社会生产或者是人们的日常生活中，都会涉及金属的应用，这就是得与金属相关的金属热加工工艺与实际社会发展需求之间的贴合，同时也拥有和热能动力工程相结合的可能性，二者的融合对于成本，流程以及操作等具体的生产环节，都有良好的改善效果，形成优势互补和互相促进，不仅表现出对于基础材料以及热能工程的发展助理，同时将开发出更多的发展方向，大幅度提升金属特性，以应对各种社会生产以及人们日常生活需求。

三、金属热处理的发展

从目前情况来看，我国所掌握的基础热处理技术，较之以往有了大幅度的提升，尤其是在电建施工项目领域，所使用的金属热处理工艺以及热能工程领域更是取得了里程碑式的进展，但同时也使得我国在技术热加工技术领域面临着更多的挑战以及新的技术瓶颈。就目前情况来看，金属热处理技术主要应用于各种大型金属的成型生产和处理过程中，而关于该技术的未来发展，应当结合实际生产情况以及热能工程相关方面的影响因素。依据工程的实际需求，针对金属进行成品加工，确保各项特性满足使用需求，离不开关于金属本身在形态以及性质上的改造以及锤炼，并且为迎合不同的使用需求，需要针对物质相同的金属进行不同的加工处理，最终呈现出不同的处理效果，实现同一种金属在不同操作工艺处理下得到不一样的性能表现，这是因为金属热处理往往会对金属物质的形态产生影响。并且根据以往的经验可知，通过融入热能工程实践生产的方式，为金属热处理工艺的发展提供指导方向，依据实际需求进行合理的技术变革，才是该项工艺未来的发展主流。

四、金属热处理加工工艺的步骤

关于金属热处理工艺的应用，通常设计四个主要步骤，分别是退火、正火、淬火和回火。退火和正火工艺拥有相同的操作内容，即都需要针对金属进行加热，差异在于所使用的冷却方法不同。退火的冷却方式是将金属放入恒温环境中缓慢进行冷却，并且该步骤的主要作用是针对金属的硬度进行控制，后者则是将金属放置于适宜的空气环境中进行冷却，具有改善金属表面化学成分的作用。淬火和回火是一个流程内的两个步骤，淬火工艺的主要操作是使用各种有机水溶液，针对金属进行冷却，随后进入回火环节，进行长时间的保温，目的在于应对淬火环节引发的材料组织不平衡或者脆性高、硬度高等问题。

（一）退火工艺

退火环节的主要操作是针对金属的硬度进行降低，以提高金属的塑性，便于后期的加工处理。该环节的主要操作步骤是通过将金属加热到设定温度之后，维持一段时间，随后进行缓慢冷却。该工艺主要应用于对材料的切削性能改善领域，教适宜针对一些精度要求不高的零件进行处理。

（二）正火工艺

该环节的主要操作是将金属加热至临界点的固定温度值，维持一段时间之好，至于空气环境等待自然冷却。正火工艺在操作流程方面与退火工艺较为相似，但是在加热的温度值方面存在明显区别，并且所得成品也更加精细，能够针对金属材料的机械性能进行有效提升。另外在冷却方式方面也表现出明显的不同，正火工艺主要使用自然冷却，不需要额外的冷却液成本支出以及设备占用，在生产周期和生产效率方面都更具优势。

（三）淬火工艺

淬火工艺同样是将基础材料加热到一定的温度值，并在该温度只维持一段时间，目的在于针对金属部分或者是全部奥氏体化，待金属完全冷却之后实施贝氏体转变处理。该工艺的主要作用是针对金属工件表面的耐磨性和硬度进行提升。

（四）回火工艺

在完成淬火工艺操作之后，就进入回火环节，该还你的具体操作是针对工件进行加热，并达到临界点以下数值，同时在该数值保持一段时间并进行冷却，最终所得产品即为所需金属工件。该工艺的主要作用是针对金属工件的强度和硬度进行降低，使其组织更加稳定且表现出更强的韧性。

五、金属热处理技术在热能动力工程中的有效应用

（一）涂层技术

现阶段热能动力工程在发展过程中面临的诸多挑战之一包含能源浪费，该问题的存在使得许多金属元件的功能无法得到充分发挥，对于热能动力工程的整体效率形成了极大的束缚。故此在该领域进行技术革新及其必要，关系到热闹动力工程在工作效率和质量上的保障。例如关于涂层技术的综合应用，主要应用领域为较大功率的设备，实现相关金属性能的优化。尤其是涉及再加工的工件，可以通过粒子冲击波进行轰击的方式，针对其硬度和强度进行提升。并且将PLC 系统和金属热处理技术进行结合使用，能够取得远程调动的效果，具有提高该项工艺效率的作用，同时在工时控制以及成本控制方面效果显著，这些举措都能够针对热能动力工程的生产效率进行提升，取得更多的经济效益。

（二）真空热处理技术

通过将真空技术和热处理技术进行结合，从而衍生出真空热处理技术，该项技术的应用需要处于真空环境，一般指低于一个大气压的气氛环境，例如低真空、中等真空、高真空和超高真空，因此该项技术同样属于气氛控制热处理范畴。该项技术的主要应用优势体现在避免在进行加工处理过程中金属零件出现内氧化现象，同时能够有效提升渗碳材料温度，大幅度缩减整体的生产周期，并有效控制生产过程中废气的排放。该项技术的关键之处在于真空渗碳的控制，避免控制措施不当引发金属零件质量变动。

（三）薄层渗入技术

受到我国工业体系整体技术高精尖发展趋势的影响，在金属热处理技术领域也逐渐表现出精细化以及智能化的发展趋势。例如通过添加其他元素针对金属表面理化性质进行改变的薄层渗透技术就是其中的代表，该项技术的研发过程涉及通过各种实验探索，针对碳、锰等各种元素的配比进行不断调整达到对金属性能动态调节的效果，追求最优处理效果。

（四）渗碳技术

在前文已经提及，金属热处理技术的发展应当结合实际生产的需求，而市场需求同样是影响基础之后公益发展的重要影响因素，因为市场需求往往决定着关于渗碳技术的选择。目前在热能动力工程领域使用较为频繁的渗碳技术以微波渗碳技术和环乙烯渗碳技术为主。横向比较两种技术的优劣势，可以发现微波渗碳技术在生态水平方面表现更为突出，能够表现出较高生产效率的同时，维持稳定的态循环，并且在碳管理方面表现出的精度也十分理想，能够有效推动金属热处理工艺的持续发展，相比之下，环乙烯渗碳技术的优势体现在操作流程简单，以及有效提升金属硬度方面，但是不足之处在于生产效率并不理想，并且关于金属工件的热处理效果差强人意。