金属材料热处理节能新技术的研究

王洁梅

（沧州市生态环境局泊头市分局，河北 泊头 062150）

当前，我国的制造行业越来越重视制造和环境的和谐、统一，为了促进制造业的可持续性发展，建设资源节约型、环境友好型社会，这就要求金属材料热处理行业在保证产品质量的前提下将节能减排作为重点。目前我国的金属材料热处理技术中节能新技术还在不断的完善阶段，新技术革新是实现节能减排的重要手段。加强金属材料热处理节能新技术开发及应用研究，对节约能源，保护环境，促进热处理产业可持续发展显得尤为重要[1]。

1 金属材料热处理技术的发展趋势

近年来，金属材料热处理技术得到了飞速的发展，成为了机械制造行业中重要的组成部分，由于它是高耗能行业，节能减排就成为了金属热处理行业中关键的因素。因此，金属材料热处理节能化、高质化是提高生产效率的关键，节约成本，保护环境，最大程度发挥金属材料的潜力，成为金属材料热处理节能新技术的发展趋势。

2 我国金属材料热处理节能生产现状及问题

2.1 高耗能，低产出

金属材料热处理是机械制造业当中重要的一个步骤，在制造过程中需要高温加热，对材料有着极大的损耗，金属在高温的环境下会产生有毒气体排出；废渣无法处理；工业浪费等众多问题。

2.2 设备陈旧，工艺落后

在一些大型的热处理厂，技术限制，节能措施不到位，能源利用率偏低。对一些小型的私人企业，设备更加陈旧，有的甚至使用淘汰设备，技术落后，资金业很难到位，产品质量很难保证，资源浪费严重，对环境污染严重，更不要说节能生产了。我国的金属热处理过程中，设备陈旧，技术落后，回厂返修率较高，甚至有的需要多次返工才能达到使用要求。这样不但不会达到节能的目的，还会造成巨大的浪费现象，工作效率和质量会受到影响。

2.3 缺乏专业的技术人才

许多高校根据市场来选择专业，造成这专业学生极少，就业率低下，专业人才大量缺失。老企业专业人才更不上技术发展需要，新企业又招不到专业的人才。各大高校对这部分学生不重视，有的甚至取消这个专业，这对我国热处理领域的发展非常不利。

因此我国大多数金属热处理企业造成能耗过大的原因主要有设备负荷率低，装炉量不足，设备的利用率低，加热设备落后，无效热消耗多，工艺落后等[2]。所以就目前我国该产业的实际情况看，要实现金属材料热处理环境节能的目的，必须在新技术方面寻找突破口。

3 金属材料热处理节能新技术的应用

3.1 化学热处理技术的应用

化学热处理技术主要就是经过化学技术处理金属表面，降低金属材料的厚度，以达到减少加热时间的目的，节约能源消耗。经过大量实验表明，金属材料表面的渗碳层降低20%，就会节省电能20%，节省煤炭资源或石油资源的40%。除此以外，化学热处理技术对金属材料本身没有什么影响，更不会造成金属材料破坏，还能延长材料本身的使用寿命。比如在我国生产自行车钢球中，采用薄层渗碳技术以后，不仅使生产效率提高到40%，而且节约电能30%，使用寿命也提高了3倍，这样就实现了节能与环保的双层效果。因此，化学热处理技术有显著的节能效果，对减轻环境污染有很大的帮助。

3.2 真空热处理技术的应用

金属材料真空热处理技术是指将金属材料构件热处理工艺放在真空环境下进行，最大的优点就是使用无氧处理介质，金属材料本身不会产生内部氧化问题。因为设备能够提高渗碳温度，所以大大缩短了生产时间。并且真空热处理气体排放量大幅减少，不需要点火装置，加热和降温时间更短，使设备利用效率得到很大提高。目前国际上真空热处理的发展方向主要有抽真空后反惰性气体并且在炉膛内配置搅拌风扇，使用对流传热方式使加热更快；经过加压，使用更高热交换能力的气体、冷淬室和喷嘴等提高冷却速率，用来推广应用真空气淬技术。发展等离子渗碳技术，开发新型真空气淬炉，推广高压气淬技术。在国外有20%左右热处理设备采用真空设备，而我国目前采用比重不到5%，该技术有着很大的发展空间，推广此技术，对产品性能还是节约能耗都是一项大的突破。

3.3 激光热处理技术的应用

激光热处理也称激光淬火或激光相变硬化，是以高能量激光束快速扫描工件，使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升高到相变点以上，激光束离开被照射部位时，由于热传导作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，得到较细小的硬化层组织，硬度一般高于常规淬火硬度。处理过程中工件变形极小，适用于其他淬火技术不能完成或难以实现的某些工件或工件局部部位的表面强化。激光热处理自动化程度较高，硬化层深度和硬化面积可控性好。该技术主要用于强化汽车零部件或工模具的表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能等，如汽车发动机缸孔、曲轴、冲压模具、铸造型板等的激光热处理。主要是利用激光本身所含有的高能量密度，对金属表面进行照射，增加金属表面能量，可以达到200—10000KW/CM2。实现材料变相硬化、表面合金化等表面性处理，达到表面成分、组织、性能的改变。激光热处理高速加热，高速冷却，获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好[3]。激光还可以远距离传输，能够实现机械工业的自动化，提高生产效率。能源消耗大幅度降低，达到节能减排的效果。

3.4 振动时效热处理的应用

振动时效处理技术主要是处理消除金属构件残余的应力，帮助其稳定大小，防止金属变形和开裂的技术。对金属材料进行热处理后，受到环境的影响，容易产生小裂纹或者残余应力，对这些问题，应及时处理，否则会影响金属材料的使用寿命，出现质量不合格的问题，造成资源浪费，不能实现节能效果。振动时效处理后，能及时解决这一问题，大大节约电能，与传统技术相比，可以节约电能20%左右，金属材料的韧性可以提高40%左右。

3.5 热处理CAD技术

该技术是借助电脑在模拟的环境下对技术进行研究和设计。比如开发智能控制热处理喷淋、喷雾冷却技术、淬火剂和淬火方法的正确选择，用变传递系数方法加快渗碳过程减少废气排放量、热处理节能等方面，热处理智能CAD技术可发挥主要作用，是高新技术在绿色热处理中应用的重要方面[4]。选择新型的材料和炉壁结构，利用三维温度场来计算，可以减少燃料消耗量，缩短加热时间，设备利用率得到大幅度提高。通过该技术，全方面的还原处理效果在实际过程中发挥的作用，通过分析，选择合适的材料、合适的炉墙结构，从而减少热处理过程中的故障，保障施工的稳定进行，减少财力、物力的消耗。

3.6 改善热处理设备材料，提高能源消耗利用率

现在我国大多数热处理厂使用的原材料都是普通的材料，导热性差，保温隔热性差，这就需要更多的能源消耗来维持热处理工序，造成不必要的能源浪费。如果采用保温和隔热性能好的材料来代替普通的材料，比如陶瓷纤维等材料，这样在节能方面能达到一定的效果。在热处理工序上，许多企业没有充分利用废热，废热能就排放到环境中[5]。如果安装回流装置对炉进行回热，将会大大提高能源利用率，达到节能的目的。

4 结语

近年来，随着科技和经济的不断发展，工业、制造业业迅猛发展，但是环境恶化、能源消耗严重等现象引起人们对环保的高度重视，加大了对能源和环保的关注度。发展经济，不能损害环境，这就需要研究新的科学技术与生产工艺，实现环境的可持续发展。要想达到金属热处理行业节能的目标，需要行业不断更新技术设备，引进先进生产工艺，发掘更多节能工艺。我国热处理技术的发展方向是优质、高效、低耗、清洁、灵活，这就要求我们将机械工业发展和污染防治相结合，优化热处理工艺，综合利用热处理废品，达到最大的资源优化，实现热处理产业走低能耗、低排放、低污染的可持续性发展之路。现代制造技术重视制造与环境的和谐统一，制造业的可持续发展要和制造技术、环境科学、人文科学有机融合。先进的热处理技术是保证机械产品质量的关键。我国目前的热处理行业属于能耗高、污染大的行业，是用电大户。我国的热处理行业的节能潜力有很大的上升空间，加大研究金属材料热处理节能新技术，减少能源消耗，保护环境，促进我国制造业和机械业热处理的健康发展。