金属材料热处理节能新技术的运用研究

郑 玲

（达州职业技术学院机械系，四川 达州 635001）

0 引言

当下，为建设资源节约型、环境友好型社会，金属材料热处理工艺必须符合污染小、能耗低等要求，这就使得金属材料热处理行业在保证产品质量的同时要将节能减排作为重点。而笔者认为，新技术革新是实现这一目标最重要的手段。

1 金属材料热处理节能生产现状及问题

我国机械制造行业的迅速发展充分带动了国内生产总值的增长。金属材料热处理行业也在此带动下呈现井喷式发展，各省份都涌现出一大批各种各样的热处理厂。据有关部门不完全统计，在我国各类金属热处理厂就有16000多家，从业人员近400000之众。金属热处理是一项耗能十分严重的工艺，约占我国整个能耗的25%，同时也占我国工业总能耗的60%。然而在相同的能耗下，国外一些发达国家的产量却是我国的6倍左右。而就目前情况来看，约有超过70%的金属热处理厂家没有应用合理的节能技术，管理混乱无序，技术改造落后。我国金属材料热处理行业主要存在以下问题：

1.1 高耗损，低产出，能源利用率低

早在20世纪70年代，日本、欧洲等一些发达国家和地区在金属热处理能耗上已降到350kW·h/t以下，而同时期我国却是人家的3～4倍。进入21世纪以来，才逐渐下降到600kW·h/t左右。

1.2 金属热处理设备陈旧，工艺技术落后

在一些比较大型的国有金属热处理厂，由于技术限制，节能措施不到位，导致能源利用率偏低。而对于一些小型私人企业，不仅设备陈旧，技术落后，资金也很难到位，常使用一些淘汰设备，质量无法得到保证，对环境污染也十分严重，更谈不上节能。

1.3 产品达标率低，常多次处理

由于各个金属热处理厂设备陈旧，技术落后，这就导致产品达标率很低，一些产品返修率甚至高达20%，有的要经过多次处理才能够达标。这样重复处理无疑是对能源的极大浪费，更别说实现节能。

1.4 专业热处理技术人才缺乏

早在20世纪90年代，该问题就已十分突出，截止目前还未得到有效解决。而随着社会进一步发展，专业热处理技术人员青黄不接，很多高校又纷纷取消该专业。笔者认为再过几年该问题将会更加突出。因为随着国有企业热处理技术人才老化，一些新兴私人热处理企业的开办都将直接导致该专业技术人才需求的增加。虽然市场上存在很多与热处理专业相接近的专业，但本质上来说还是存有一定差别，很难培养出高素质、高水平的热处理专业人才。再加之人才大量涌向沿海城市，内陆一些金属热处理厂很难招到合适人才。

2 金属材料热处理节能新技术的应用

根据以上分析，可以看出在我国金属材料热处理存在很多问题，无论是技术落后还是设备陈旧，都将直接导致能源利用率十分低下，能耗过大，这就使得资源浪费严重。就目前情况而言，笔者认为要想在我国实现金属材料热处理节能的目的，就应该从以下新技术方面寻找突破口。

2.1 化学热处理技术

所谓化学热处理技术，简单来说就是经过化学处理来降低金属材料表面涂层厚度，一方面避免过厚涂层对金属材料性能的影响；另一方面，降低材料涂层厚度，加热时间就会大大缩短，自然能耗就会减少。大量实践证明，如果金属材料表面渗碳层减少30%，就可节省用电30%以上，进一步就能节省煤或石油等燃料50%以上，节能效果十分明显。同时，由于化学热处理对金属材料本身性质破坏较轻，则由该材料制成的构建寿命也将大大增加，对环境污染也较轻，可谓一举多得。

2.2 采用真空热处理技术

在技术和条件成熟的情况下，如果将金属材料构件热处理工艺放在真空中进行，不仅可以实现低压渗碳等金属材料表面处理工艺，而且可以在表面处理工艺结束后直接进行高压气淬，这样一来就可大大减少金属材料热处理工作时间，进一步就可降低能源消耗，实现节能目的。以目前技术来说，绝对真空是无法做到的，金属材料真空热处理技术一般在低于10Pa的环境中就可达到理想的效果。在该环境下，金属材料表面处理工艺对金属性能影响也相对较小，同时也避免了材料变形、产生气孔等问题，是比较理想的高清洁度、高柔性金属材料热处理方法。该方法已在一些材料热处理工艺中得到应用，并取得了比较好的效果。在国外有20%左右热处理设备采用真空设备，而我国目前为止真空热处理设备在整个热处理设备中所占比重还不到5%，可见该技术在我国有着非常大的发展空间和潜力。同时国外真空热处理技术发展已有近50年历史，无论在生产真空热处理设备还是真空热处理技术运用上都远远高于我国。我国金属材料真空热处理技术的发展到推广，还有很长的路要走。但展望未来，金属材料热处理工艺、真空热处理技术必须进一步推广应用，这样无论对产品性能还是节约能耗都将是一次重大突破。

2.3 采用激光热处理技术

随着科技进步，激光技术得到了前所未有的发展，而将其运用在金属材料热处理工艺则是最近今年比较新兴的技术。激光热处理是利用激光本身所含有的高能量密度，当照射在金属材料表面时，可以使金属表面所含能量在100～100000kW/cm2。如此高的能量密度，足以满足金属材料热处理所需。同时，激光热处理还具有升降温快、不需要对材料进行淬火预热等特点，这使它在金属材料热处理节能工艺中也被很好地应用。经过激光热处理的金属材料也省去了后续机械加工工序，节能效果更加显著。

2.4 采用振动时效处理技术

当金属材料进行热处理后，由于工艺和环境条件制约，难免会在金属材料内部留下微小裂纹、热残余应力等缺陷，如果不进行正确处理，轻则影响金属材料在使用过程中的寿命，重则使该材料损伤乃至不合格，需重新进行加工处理，造成资源浪费，无法达到节能目的。而振动时效处理技术就是针对这一问题，消除金属材料在热处理过程中产生的热残余应力等缺陷，从而避免重复热处理，实现节能。一般情况下，振动时效处理技术可以直接节省电能20%左右，进而节省燃料资源40%左右。

2.5 改善热处理设备材料，提高能源循环利用

目前，我国绝大多数热处理厂使用的热处理设备材料均是普通材料，这样的材料不仅导热性能差，保温隔热性能更是无法保障。这就要消耗更多能量来维持金属材料热处理工序，必然导致了不必要能耗。如果采用陶瓷纤维等隔热和保温性能良好的材料来代替普通材料，在节能方面一定可以取得比较好的效果。同时在废热处理上，传统热处理工艺并没有将其很好地利用，而是直接排放到外部环境。如果用换热管等装置将其回收利用，用来对炉子进行预热，那么将会大大提高能源利用率，从而达到节能的目的。

3 结语

实现金属材料热处理行业节能目标是当下我国机械制造加工行业亟需解决的问题。本文总结了金属材料热处理工艺中各种新兴工艺，旨在为金属材料热处理行业节能目标探索改进方案。

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