智能热处理及其发展前景研究

罗培培

（中航工程集成设备有限公司，北京 102206）

随着我国经济社会的快速发展和科技水平的不断提升，我国热处理研究工作在众多专家学者的艰苦奋斗下从无到有，从小到大，不断发展，取得了显著的发展成果，为我国的装备制造企业及其相关企业的发展和壮大做出了不容忽视的重要贡献，为我国区域经济的发展和社会民生的保障留下了不可磨灭的功勋。尤其是改革开放以来，我国热处理技术发展迅猛，热处理企业如雨后春笋般迅速崛起，不断发展和完善，行业规模以上企业取得了销售收入560亿元的佳绩，更为解决就业和提高人民生活水平打下了坚实基础。就现阶段的热处理技术种类而言，化学热处理、整体热处理、感应热处理和形变热处理等重要技术发展迅速，门类齐全，为我国现代制造业的运行和长续发展奠定了坚实基础。但与此同时，我国热处理技术和世界发达国家相比仍旧存在较大差异，生产产品质量差、实际能耗较大以及高端热处理装备自主创新能力较差等问题严重困扰着现阶段我国的经济安全和国家安全，更面临着全新的金融危机和工业革命挑战。因此，梳理热处理技术的重要性，探究智能热处理技术的重点发展技术及其未来发展前景，调整现阶段发展战略，探索热处理行业存在问题及其解决途径的紧迫性不言而喻[1]。

1 热处理的重要性

一般而言，热处理技术主要是指采用适当的方式对金属材料或金属构件进行加热、保温或冷却的方式，以获得预期的结构组成和结构性能的重要工艺。众所周知，金属材料或金属构件的内在性能和质量除成分这一重要影响因素外，主要由热加工过程中的诸多工艺性质决定。而热处理工艺作为热加工工艺流程的最后一道工序，能对金属材料或金属构件的内部微观组织结构和综合性能进行针对性的调整和把控，同时也能严格控制热处理畸形和变化。也就是说，热处理技术是机械制造技术的重要组成部分，更是强化金属材料或金属构件、发挥金属材料真正潜力的重要工艺手段，是保证和提高目前我国机械产品制造质量、生产可靠性、运行可靠性和延长实际使用寿命的重要技术之一，是制造企业核心竞争力的突出表现。

2 智能热处理是智能制造的重要组成

智能制造，也就是制造智能化的重要内涵是针对现有产品、装备或机械设施的设计制造过程，合理利用信息感知、决策判断和安全执行等先进的智能化技术和计算机技术实现对产品、工具、制造环境以及制造工人之间资源的最优化组合和最优化配置，从而达到由人类学专家和智能机械设备共同组成的人机系统去扩大和延伸甚至部分取代现有劳动力在传统制造生产企业中的的体力活动和脑力活动的目的。

可以说，21世纪将是智能制造企业获得快速发展的全新时代，智能制造企业将引领新一代制造业的重大变革，甚至对传统制造企业产生颠覆性变化。

由于数字化和智能化制造生产具有灵敏度较高、生产效率较高和能耗较低等诸多特质，能够满足可持续经济发展和绿色经济发展下的市场化需求，能满足传统制造企业不能满足的低碳环保目标、个性化生产目标以及快速生产目标和高品质生产目标等[2]。

与此同时，随着科学技术的不断发展和信息技术的日益成熟和广泛应用，数字化制造和智能化制造获得了坚实的物质基础和技术支撑，而信息技术和制造技术的不断深度融合和交流发展以及知识对现有经济增长基础作用显著性的不断增强，在未来较长时间内智能制造将成为我国制造企业转型升级和跨越式发展的关键技术和核心手段。

简单而言，制造智能化并不单纯是单元技术的集成，更是制造模式的创新。智能化制造技术具备以下特征：首先是以知识理论为核心，以知识促进生产；其次是制造商、客户和市场的紧密联系，密切满足市场需求和客户需要。再者是高效管理和柔性生产。制造智能化能凭借其灵敏度较高的诸多优势强化生产组织，提升制造企业实际管理效率。最后，制造智能化还能大幅度提升传统模式下制造企业的经济效益和产品产出质量，降低产品实际生产成本，在减少资源消耗的同时减小对周围环境的负面影响。也就是说，智能化制造下的制造企业，能由传统模式下的对资源高度依赖和对环境高度污染转变为资源节约型和环境友好型，为绿色经济发展和绿色制造奠定重要基石。

3 智能热处理重点发展技术

3.1 热处理设备节能减排控制技术

热处理设备节能减排控制技术主要包括炉体构造、工装夹具的最优化设计，节能电源及新型加热元器件的研发，新型节能炉用材料的研究与应用和电子辐射控制设计等四大方面。就炉体构造、工装、夹具的最优化设计问题而言，相关专家学者运用现代设计方法对热处理设备和设施的炉体构造、工装夹具等关键部位进行最优化设计，使热处理设备、炉体构造符合节能减排标准，进而为热处理设备的智能化控制和数字化发展奠定一定的技术基础。

3.2 冷却控制技术

冷却控制技术主要包括淬火冷却工艺系数模拟、淬火变形控制技术和强烈淬火技术等三大部分。就淬火变形控制技术问题而言，由于金属设备或金属材料在热处理淬火变形过程中的实际影响因素较为复杂，导致材料或金属构件变形控制难度进一步提高，而借助校正方法纠正金属淬火变形或增强切削加工实际余料量等传统方式控制热处理材料变形量，都会在一定程度上使热处理加工成本大幅度增加，因此，对淬火变形控制技术的优化改良是提升热处理产品生产质量、延长生产零部件实际使用寿命甚至提高热处理经济效益的重要途径。

4 结语

随着我国科技的不断进步，各行各业对热处理装备和热处理材料的要求越来越高，智能热处理制造行业在我国工业制造中的重要价值进一步凸显。而由于热处理技术是涉及材料、机械、冶金等多个行业的重要制造工艺，更是提升我国制造业水平和制造业自主创新能力的重要手段，因此，有关专家学者及制造企业必须进一步加强对智能热处理核心技术的关注，使智能热处理技术从传统经验性技术跨越为科学计算型技术，最大程度上使热处理技术摆脱依赖传统经验的落后状态，向精确化生产和可靠质量控制方向不断发展，为我国科技进步和制造业市场竞争力的提升做出应有的贡献[3]。