探究金属热处理在热能动力工程中的应用

刘俊飞

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了热能工程发展的步伐，当前，随着工业发展速度持续加快，机械精度的受重视程度有明显提高，这就要求金属材料热处理切实做到位。通过此种技术能够使得金属材料的结构出现明显变化，性能也会得到改善。当然，对金属材料进行热处理时发生变形的概率是较高的，这样就会使得工件强度、精度受到直接影响，使用寿命也难以保证，若想保证金属材料加工能够顺利完成，质量达到标准要求，应该要寻找到可行的措施来对金属材料热处理变形进行严格控制。

关键词：金属热处理;热能动力工程;应用

1金属材料热处理过程中变形的种类

从加工工艺的角度来说，形变类型包括以下两种，其一是比容形变，导致此种形变出现的原因是在金属材料当中含有一定量的碳元素、金属元素。从相关人员研究所得结果来看，金属合金材料发生比容形变较为常见，而这与铁素体、游离碳、比容变化是存在紧密关联性的。展开热加工的整个过程中，金属材料会发生形变，而且方向是不同的。如果发生了比容形变的话，金属合金的尺寸必然会改变。

2金属热处理在热能动力工程中的应用

2.1铝材设备之复杂模具滑块的数控技术

在模具设计领域里，滑块是常见机构，在注塑模内部结构或与分型面开模方向不一致的时候，需要用侧向分型抽芯机构来实现其动作及结构的形成。滑块不但要保证零件的内外表面质量，也要对加工精度有很高的要求。同时，要保证连续性周期性的滑动。一般情况下，在金属热处理前的加工里要充分考虑热处理后精加工的装夹、余量、基准统一等问题，这也是加工的难度之一。本文通过合理分析它的加工技术难点，以制订符合实际工艺的规程及加工方法，以加工出合格的零件。

2.2固溶处理

固溶处理又称水韧处理，是高锰钢最常规的热处理方式，即将工件加热到完全奥氏体化温度保温，然后快速入水冷却以获得单一相奥氏体组织。保温温度大于900℃即可获得单一的奥氏体组织。实际生产中一般为1000℃～1100℃，温度过低不利于碳化物溶解，过高容易导致过烧，对于合金化高锰钢，该温度可适当提高。高锰钢经过固溶处理后，其力学性能得到明显改善。由于高锰钢的导热系数较小，热膨胀系数较大，在加热过程中容易产生热应力，加之铸件本身存在较大的铸造应力，使得高锰钢铸件在热处理过程中极易开裂，尤其对于结构复杂，壁厚悬殊较大的铸件更是如此。因此，对不同结构、尺寸的工件往往会制定不同热处理工艺参数。时效温度是影响高锰钢时效处理的关键因素。有研究表明，时效温度过低，沉淀相析出量不足，强化不充分;温度过高，碳化物析出量过多，影响高锰钢冲击韧性。因此，需要严格控制时效温度以获得适量的沉淀相，进而得到良好的综合性能。合金化高锰钢经时效处理后，有大量的碳化物沉淀相弥散分布在奥氏体晶粒内，且时效温度为350℃时，高锰钢的抗拉强度、屈服强度、耐磨性及冲击韧性均得到提高，表现出理想的综合性能。但随着时效温度继续升高，其使用性能反而降低。

2.3镍基高温合金热处理工艺

镍基高温合金是我国产量最大、使用量最大的一种高温合金，其是以镍为基体，在650～1000℃的温度范围内具有优异的抗热腐蚀性能、高温抗氧化能力，良好的疲劳性能和断裂韧性以及优异的抗蠕变性能，能够在高温条件下长时间稳定工作，现已成为航空航天、运输、航海及核电工业领域不可替代的重要材料，被广泛应用于涡轮盘、燃气轮机等重要零部件的制造随着国内装备制造业产业化结构的转型升级，其对镍基高温合金的性能要求也在不断提高。热处理工艺作为提高合金韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，提高强度有利手段之一，已成为镍基高温合金不可或缺的重要工序。

2.4基于工艺场景数据的热处理工艺能耗估算方法

热处理加工是通过对零件进行加热、保温和冷却等来改变零件材料的内部组织，以达到满足零件力学性能要求的一种工艺过程，因此热处理工艺需要消耗大量的热能。据统计，我国每年热处理消耗电能总量达200亿kW·h。同时在机械产品制造过程中，热处理是一道十分重要、不可或缺的工艺过程，热处理工艺能耗成为机械产品制造影响环境负荷的重要因素之一。随着环境保护意识的增强，绿色制造理念和技术、产品全生命周期评价（LCA）方法被广泛采用，LCA方法的基础工作就是全生命周期清单（LCI）分析，LCI分析需要产品全生命周期中的各个单元过程的环境资源负荷数据。热处理工艺作为产品制造过程中的一个重要部分，其能耗数据是评价工艺经济性、环境友好性的重要清单数据;然而由于热处理工艺的离散性、对热处理设备和工艺环境的依赖性等特性，目前非常缺乏热处理工艺能耗数据。在LCI分析建模中，分析者不一定是熱处理工程师，热处理工艺也不一定发生在分析者所在的企业，很难具备热处理工艺相关知识和数据，一般通过查询清单数据库获取工艺过程能耗数据。热处理工艺繁多，不同的工艺类型、工件材料和热处理设备等工艺场景下能耗相差很大，完全采集每一种工艺和工艺场景数据下的能耗数据是十分困难的，也是不现实的，需要一个基于工艺场景数据的参数化模型，对热处理能耗进行估算。面向LCI分析建模需求，提出基于工艺场景数据知识的热处理工艺能耗估算方法，通过输入热处理基本工艺场景数据，系统在知识驱动下自动检索相关数据，估算出其能耗数据，可以为热处理工艺LCI清单分析提供数据支撑。

结语

总之，随着社会的发展、科技的进步，城市建设和工业生产对金属材料的质量要求更高，需要金属材料具备更高的强度及耐久度，这也就需要金属生产加工企业有着更高的技术水平，这样才能满足市场需求。因此，提高金属材料热处理技术水平是至关重要的，也是企业为了更好的应对未来市场首先要做到的。

参考文献

[1]张永军.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].世界有色金属，2020（10）：176-177.

[2]潘美玲.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略分析[J].科技风，2020（10）：168.