金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用

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摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，對于金屬材料的需求也越來越多，金屬行業(yè)也在快速的發(fā)展。在金屬行業(yè)中，對于金屬的處理大多數(shù)都應(yīng)用了熱處理的方法，通過對金屬進(jìn)行退火、正火等各項加工來獲得所需要的金屬材料性能。雖然對金屬材料進(jìn)行熱處理有非常多的優(yōu)勢，但在處理過程中還是存在較多的問題，其中對于電能的消耗就是最突出的。為了解決這個問題，許多熱處理新技能，也相繼推出。本文針對金屬熱處理現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并介紹金屬熱處理節(jié)能新技術(shù)以及在金屬行業(yè)中的應(yīng)用，希望可以為我國金屬熱處理行業(yè)朝著節(jié)能環(huán)保方向的發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理；節(jié)能新技術(shù)

在金屬材料生產(chǎn)制造過程中，熱處理是最關(guān)鍵的一步，約占生產(chǎn)過程的四分之一，這個過程中對于電能的消耗也是非常巨大的，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在2019年的前八個月中，工業(yè)用電量已經(jīng)超過了三萬億千瓦時，在消耗的大量電能中，金屬熱處理所消耗的電能將近一半，在金屬熱處理過后，還會對環(huán)境造成污染。近些年來，我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不斷的深入，營造一個和諧、美好的環(huán)境已經(jīng)成為重點(diǎn)。為了響應(yīng)國家相關(guān)政策，金屬材料行業(yè)也在不斷的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，希望可以在降低能耗的同時減輕對環(huán)境的污染，為工業(yè)制造的發(fā)展、為國家的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1.金屬材料熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀

(1)工藝落后、設(shè)備破舊我國工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具有了一定的規(guī)模，并且在國內(nèi)生產(chǎn)總值中占比越來越高。金屬材料熱處理行業(yè)也是如此，經(jīng)歷了快速發(fā)展。雖然我國的金屬熱處理已經(jīng)有了一定成就，但與國際先進(jìn)的金屬熱處理行業(yè)還是存在一些差距的。我國的金屬熱處理設(shè)備都是一些使用年限過久的機(jī)械，在對金屬材料進(jìn)行熱處理時，經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障，并且與現(xiàn)在的節(jié)能設(shè)備相比，消耗能源太多，不能符合國家對相關(guān)行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)。在一些小型的金屬制造廠，其生產(chǎn)設(shè)備更破舊。其中一些企業(yè)可能會為了減少成本而選擇購買已經(jīng)淘汰了的金屬處理設(shè)備，不僅造成了巨大污染、資源浪費(fèi)，最后生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量都得不到保障。這些已經(jīng)被淘汰的破舊設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性非常高，需要經(jīng)常進(jìn)行維修，而在維修中消耗的電力資源也是非常巨大的。在這些小型生產(chǎn)廠中，工藝水平也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生的污染也會更多，對環(huán)境造成了巨大破壞[1]。

(2)能耗較大且利用率低我國作為一個制造業(yè)大國，在工業(yè)中的能源消耗是非常多的，其中很大一部分都消耗在金屬材料的熱處理上。金屬材料的熱處理在工業(yè)能源消耗中占據(jù)很大的比例，這與一些先進(jìn)國家相比是有較大差距的，大量的消耗使得能源更為緊缺，所以節(jié)能已經(jīng)成為金屬材料熱處理的重要發(fā)展方向。在這方面要向一些發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，將我國金屬熱處理過程中六百千瓦時每噸的能耗降到世界平均水平。現(xiàn)如今要不斷發(fā)展新技術(shù)，將能源消耗降下來，并且提升利用率，減輕對能源的浪費(fèi)現(xiàn)象。只有將金屬材料熱處理技術(shù)存在的問題解決，才能真正的達(dá)到節(jié)省能源、提升利用率。

(3)生產(chǎn)廢料過多，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染金屬材料熱處理后產(chǎn)生的廢棄物過多也是存在的問題之一。在對金屬材料熱處理后，會有許多的廢水、廢渣等污染物出現(xiàn)，同時處理設(shè)備還會產(chǎn)生較大的噪音，這都給生態(tài)環(huán)境帶來了很大的污染。如果再將這些廢棄物隨意排放，會造成更大的污染。尤其是產(chǎn)生的廢水中，污染物多達(dá)九種之多，其中包括亞硝酸鹽、SS、氯化鋇等都具有較大污染危害。廢氣中也具有較多的污染氣體。金屬材料熱處理過后各種廢氣廢水都會給生態(tài)環(huán)境帶來不可估量的危害，如果金屬材料生產(chǎn)廠距離城市很近，還可能危害人們的健康。而在金屬生產(chǎn)廠工作的員工在這樣惡劣的條件下，也可能會出現(xiàn)各種疾病。金屬材料熱處理后帶來的諸多影響已經(jīng)威脅到了人們生存，所以要重視起來[2]。

(4)技術(shù)創(chuàng)新型人才匱乏、專業(yè)操作人員欠缺我國的金屬材料市場較大，生產(chǎn)廠家也較多，但是專業(yè)的技術(shù)操作人員卻不夠。我國的一些學(xué)校雖然已經(jīng)設(shè)置了金屬材料熱處理的課程，但是設(shè)置的時間較短，還不能真正的應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)中，并且在這些開設(shè)的課程中，對于金屬材料熱處理的教學(xué)深度不夠，也致使創(chuàng)新型人才不能夠被培養(yǎng)出來。人才的培養(yǎng)不能滿足發(fā)展越來越快的金屬制造行業(yè)，人才匱乏反過來又會影響到金屬行業(yè)的發(fā)展，所以在這個惡性循環(huán)中，人才已經(jīng)成為關(guān)鍵。金屬材料制造廠商顧及眼前的利益，也不會對技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，還是使用傳統(tǒng)的處理熱處理工藝，導(dǎo)致企業(yè)能源損耗較大。一些廠商對于創(chuàng)新型技術(shù)人才并不重視，認(rèn)為只要能夠操作設(shè)備就行，這也會使金屬材料熱處理的相關(guān)人才培養(yǎng)難以進(jìn)行。

2.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用

金屬材料熱處理的能源消耗多、利用率低、設(shè)備陳舊、工藝落后、人才匱乏、污染嚴(yán)重等諸多缺點(diǎn)已經(jīng)引起了許多人的注意，面對這些不得不解決的問題，在科學(xué)技術(shù)的幫助下，已經(jīng)出現(xiàn)了多種的熱處理技術(shù)。它們的誕生，不僅能夠節(jié)省能源、提高利用率、減輕對于環(huán)境的污染，還可以生產(chǎn)出具有更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

(1)在熱處理中對CAD技術(shù)的應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，并且已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)中，金屬材料熱處理也不例外。在金屬材料熱處理中應(yīng)用計算機(jī)中的CAD技術(shù)已經(jīng)成為一種新的趨勢，并且發(fā)揮了巨大的作用。CAD技術(shù)是一種結(jié)合性技術(shù)，它通過對計算機(jī)進(jìn)行熱處理前的模擬，分析出操作的缺陷，更改后再進(jìn)行實(shí)際操作。這樣不僅可以避免意外發(fā)生，更提高了金屬產(chǎn)品的質(zhì)量，而高成功率也代表著能耗的降低。CAD技術(shù)的模擬并不會消耗太多的能源，還沒有廢物產(chǎn)生，諸多的優(yōu)點(diǎn)使其成為了大多數(shù)金屬材料生產(chǎn)廠的重要模擬技術(shù)，而CAD技術(shù)的應(yīng)用也確實(shí)帶來了節(jié)能的效果[3]。

(2)振動時效處理技術(shù)的應(yīng)用振動時效處理是一種金屬材料生產(chǎn)過程中對金屬進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)。金屬材料加工過程中，很可能出現(xiàn)殘余應(yīng)力導(dǎo)致材料變形或者裂開的情況，這樣就導(dǎo)致材料不能使用，并重新進(jìn)行熱處理加工，不僅浪費(fèi)了大量的時間，會造成能源的大量消耗。振動時效處理技術(shù)的應(yīng)用，可以將金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力導(dǎo)出，保證了金屬的正常形態(tài)以及質(zhì)量。振動時效處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)的低溫加熱技術(shù)，有更好的技術(shù)效果、更短的處理時間，并且不需要太高的成本支出。振動時效處理技術(shù)的應(yīng)用，也降低了能源的消耗，使熱處理后的產(chǎn)品有更高的性能。見圖1。

(3)真空熱處理技術(shù)的應(yīng)用真空熱處理是一種在真空環(huán)境中進(jìn)行的技術(shù)，在這樣的環(huán)境中對金屬材料進(jìn)行熱處理，就可以實(shí)現(xiàn)低壓滲碳金屬材料表面工藝，最后高溫滲碳，使得金屬材料所需要的生產(chǎn)周期大大縮減。這種技術(shù)對于熱處理技術(shù)的要求十分高，并且真空狀態(tài)無法實(shí)現(xiàn)，所以并不能大規(guī)模的應(yīng)用。我國的金屬材料熱處理中應(yīng)用真空技術(shù)比重非常小，只有百分之五左右，而一些發(fā)達(dá)國家占比已經(jīng)達(dá)到了百分之二十。由此看來我國的真空熱處理技術(shù)還是需要很長的發(fā)展時間[4]。

(4)激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用激光具有較強(qiáng)的能量，并且穿透力極強(qiáng)，在這兩個特點(diǎn)下，就可以將激光應(yīng)用到金屬材料的熱處理中。通過使用高能量的激光對金屬材料的性能做出快速改變，增強(qiáng)了金屬材料的各種屬性（如剛度、耐磨度等）。如果要想是某金屬材料有極小的變形程度，就可以使用激光熱處理技術(shù)。汽車零件（發(fā)動機(jī)、輪轂等）需要高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨，等屬性，利用激光對金屬材料進(jìn)行處理過后，就可以運(yùn)用到汽車上了。激光熱處理技術(shù)在進(jìn)行操作時，只需要一臺電腦就能實(shí)現(xiàn)，并且可以選距離控制，在節(jié)省了人力資源的同時，也達(dá)到了節(jié)能的目標(biāo)，

(5)化學(xué)熱處理薄層深入技術(shù)的應(yīng)用化學(xué)熱處理薄層深入也是一項能夠節(jié)省大量能源的技術(shù)，同時它可以提升金屬材料表面的各種屬性。在用氮?dú)庾鳛闈B入原料時，氮的低溫保證了金屬的形狀不會發(fā)生變化。滲氮也需要把握滲透深度，過深需要的加熱時間長，能量消耗也就越多，過淺達(dá)不到效果[5]。

(6)預(yù)先熱處理實(shí)驗針對薄壁殼體零件展開處理試驗，正火溫度880-900℃，正火工藝：500℃/30min預(yù)熱；保溫時間在計算時，依據(jù)1.5-1.8min/mm標(biāo)準(zhǔn)。完全退火工藝：預(yù)熱500℃/30min，從680℃降至480℃。得出的實(shí)驗結(jié)果為，組織對退火和正火的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，熱處理變形越小，越易于控制。

3.結(jié)束語

傳統(tǒng)的金屬材料熱處理設(shè)備、處理技術(shù)已經(jīng)不能夠符合現(xiàn)代的發(fā)展需求，所以新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不可阻擋。新技術(shù)也是未來金屬制造行業(yè)以及工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。新技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了能源的消耗，還減輕了對生態(tài)環(huán)境的污染，提升了金屬產(chǎn)品的質(zhì)量，為企業(yè)的未來發(fā)展打好了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣超友.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用研究[J].中國金屬通報,2020(02):67-68.

[2]李世顯,潘衛(wèi)彬.關(guān)于金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用[J].中國設(shè)備工程,2019(09):86-87.

[3]冷廷梅.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)與實(shí)施要點(diǎn)分析[J].智庫時代,2018(24):250+257.

[4]張進(jìn),鐘玉龍.當(dāng)前金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的有效運(yùn)用[J].冶金與材料,2018,38(02):50+52.

[5]朱奇鋒,鄭爐玉,曹雄偉.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用思考[J].中國金屬通報,2017(11):133-134.

作者：韓方恒 單位：江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院