金属材料热处理的节能新技术运用

王婷

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-2308

摘  要：随着社会经济与科技的发展，各行各业对金属的需求量不断增加，金属材料热处理过程中，金属材料表面形态和内部化学成分组织经过正火、退火、回火、淬火加工工艺下发生改变，进而金属将拥有全新性能。当前，热处理问题在于热处理期间耗费许多电力能源，与我国主张的节能减排战略目标不符，进而真空、激光、化学、振动时效等处理技术得以研发，各项技术被应用在不同金属材料热处理情况下，不仅提高了金属材料热处理质量和效率，还促进了节能减排目标的实现。

关键词：金属材料   热处理   节能   新技术

中图分类号：TB741                         文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（a）-0074-03

Application of New Energy-saving Technology in Heat Treatment of Metal Materials

WANG Ting

（Xianyang Normal University， Xianyang， Shaanxi Province， 712000 China）

Abstract： With the development of social economy and science and technology， the demand for metal in all walks of life is increasing. During the heat treatment of metal materials， the surface morphology and internal chemical composition and organization of metal materials are changed through normalizing， annealing， tempering and quenching processes， and then the metal will have new properties. At present， the problem of heat treatment is that heat treatment consumes a lot of electric energy， which is inconsistent with the strategic goal of energy saving and emission reduction advocated by our country， the application of various technologies in different metal materials heat treatment not only improves the quality and efficiency of metalmaterials heat treatment， but also promotes the realization of energy saving and emission reduction.

Key Words： Metal materials; Heat treatment; Energy saving; New technique

1  国内金属材料熱处理生产现状

机械制造业的发展与崛起，对金属材料热处理行业发展起到推动作用。当前，我国各地区金属材料热处理企业规模不断扩大，相关研究结果显示：国内金属热处理企业超过1.5万家，从事生产的工人临近45万。金属材料热处理过程中，所耗能源巨大，且容易对周边环境造成污染，尤其是一些生产企业仍沿袭传统热处理工艺，在生产量逐年增加背景下，消耗量也越来越大，金属材料热处理电力耗能占总能耗25%左右[1]。而一些发达国家因为开展金属材料热处理技术研究较早，所以在相同能源消耗下，其产量远远高于国内行业产量，甚至超过其数倍，工艺和技术不合理的使用，给金属材料热处理企业带来一定损失。从节能角度上看，相对于金属热处理企业，其他行业节能技术研发较早，技术水平远远超过金属热处理行业。这是金属热处理行业生产技术滞后的体现，加上部门金属热处理企业受到资金、人力、技术等限制，导致节能措施得不到有效落实，设备生产企业产品生产成功率较低，很多产品生产后需要修复才能够出售，甚至需要多次加工，造成了极大的资源浪费，更无法实现节能减排的目标。

2  金属材料热处理节能新技术运用中常见问题

2.1 设备工艺落后

金属材料热处理生产活动开展过程中，生产技术水平的高低与生产质量、效率息息相关，二者呈正比，由于部分企业尚未有效落实节能，导致能源利用率大打折扣，加上污染物未经处理肆意排放，给自然环境造成严重污染，破坏了周边生态环境[2]。

2.2 能源消耗大，生产效率低

世界范围内，西方一些发达国家开展金属材料热处理技术研究较早，所以工艺水平更加成熟，工艺技术得以创新和完善，大幅度节约了节能消耗量。直至20世纪80年代后，发达国家金属材料热处理能源消耗已经得到控制，而国内能源耗量是发达国家的2～4倍，能源总量消耗不断增加，发展到今时今日，经过专业人士的努力，金属材料热处理技术得以更新，工艺进一步创新，初步实现了控制能源耗量的目标，生产水平也一定程度上提升，但仍达不到节能减排标准[3]。

2.3 产品合格率低

我国金属材料热处理企业中，有50%左右的企业不仅工艺滞后，还存在设备陈旧问题，最终所生产出来的产品达不到合格标准，或合格率偏低，返修率高达30%。部分产品需要经过多次返修才得以通过，仍无法满足工艺生产需求的产品结局就是被淘汰，造成了极大的资源浪费，生态环境污染随之加剧，这与节能减排降耗相关要求背道相驰，对金属材料热处理企业发展产生制约性影响，不利于其可持续发展[4]。

2.4 缺乏金属材料热处理专业技术人才

金属材料热处理中，缺乏专业技术人才问题十分严重，且直至现在还没有得到解决。现代社会，人们对热处理人员专业素质、技术掌握能力提出了更高的要求。但实际情况却是，不仅企业内部针对热处理人员培养力度不足，还存在企业热处理技术人员老龄化严重问题，没有新鲜血液及时补充到行业中，即便加强力度宣传新兴技术，仍不到预期成效，加上当前对专业金属材料热处理人才需求量不断增加，导致热处理专业人才和实际需求拉开越来越大的差距。现阶段，市场上从事金属材料热处理事业的人员，相对来说教育水平较低，通常依靠自身经验开展，金属材料热处理企业仍没有意识到这一问题，过于注重开拓市场、引进技术，忽略人才引进与培养，对生产活动及新技术使用效果造成不利影响[5]。

3  金属材料热处理节能新技术及其运用

3.1 真空热处理技术

现代科学技日新月异，基于此，金属材料构件热处理能够在真空环境下完成，完成表面处理工艺后，通过高压直接气淬，这样及满足了工艺生产要求，还能够有效提高材料热处理效率，降低能源耗量，实现节能环保目标。但是，当前技术仍存在很多局限，无法提供绝对的真空环境，一般情况下，金属材料真空热处理技术在10 Pa的环境中得以运用，可以满足热处理生产需求。工艺不断发展、技术不断创新背景下，金属材料表面处理水平也大幅度提高，规避了以往处理中存在气孔和材料变形问题，给金属性能带来的影响相对较小，不失为一种科学有效的热处理方式[6]。

3.2 激光热处理技术

激光热处理技术是基于现代科学技术下延伸而来的，金属材料热处理行业中，该技术属于新型技术。应用原理是通过激光中高能力密度，在金属材料表面照射，将表面能源控制在一定范围内，这样可以更好地满足金属材料热处理需求。

3.3 化学热处理技术

化学热处理技术涉及化学学科知识，是通过化学反应实现的热处理，进而有效降低金属材料表面涂层厚度，这里需要注意，采取该项技术要尽量避免涂层过厚，以免对金属材料自身性能产生影响。除此之外，严格控制材料涂层厚度，这样不仅可以节省加热时间，同时也有利于降低能源消耗。经过实践探究了解到，若金属材料表面渗碳涂层减少20%以上，则石油、煤炭、电能耗量都随之降低，能源效果十分可观。由于化学热处理技术具有特殊性质，因此相对来说，对金属材料性质破坏性更小，能够延长材料使用寿命，提高材料质量，进而确保企业生产加工经济效益和社会效益。

3.4 振動时效处理技术

从宏观角度上看，振动时效处理技术提高了金属零件塑性变形速度，金属内部残余应力得以降低，进而保证了金属零件加工精度。实践结果显示，振动时效加工工艺可以降低30%以上的残余应力;从微观角度上看，振动时效处理技术是在金属零件上施加一定附加动应力，进而这种附加动应力与金属内部残余应力相结合叠加，有效防治了金属零件塑性变形，金属零件的强度也进一步提升。若采取传统方式进行热处理，需要耗费大量能源用于加热，且耗费较长时间才能够改变金属零件性状，电力能源消耗也很大，热处理还往往达不到预期效果。因此，从节能减排角度上来讲，使用振动时效处理技术，能够通过不同频率多谐波共振原理，构建多型振动时效电脑控制装置，以此替代传统热处理技术，振动时效处理技术相比传统技术，使用过程中电力能源节省50%以上，同时金属零件抗变形能力也有所提高[7]。

3.5 热处理中CAD技术的运用

众所周知，计算机是CAD技术应用载体，金属材料热处理期间，人员可以通过计算机系统模拟软件，模拟演示热处理工艺使用流程，进而找到工艺中存在的缺陷，确定设备，并且能够掌握一定电力能源消耗数据，之后开展模拟数据分析，为节能标准的制定提供参考依据，科学调整模拟流程，在完善不足之处后再投入生产。这种事前预测分析方式，可以更加准确评估热处理效果，将节能技术运用到合理环节，也便于企业对设备节能参数的调整，直至设备达到最佳节能状态。该技术当前已得到许多金属材料热处理企业认可，成为了应用最为广泛的事前预测技术之一，实际运用期间，取得了较好的节能效果。

4  结语

工业生产行业高速发展，金属材料热处理是工业生产重要环节，金属材料热处理质量关系到金属材料质量。近年来，金属材料热处理技术水平不断提高，处理效率得以提高，但是中耗能不断增加，对环境造成污染与破坏，和我国可持续发展战略目标不符。因此，为了提高金属材料热处理质量、效率，同时实现节能环保目标，为企业取得好的经济效益，该文针对金属材料热处理新技术应用问题进行了分析，探究了新技术运用方法，促进金属材料热处理企业健康发展。

参考文献

[1] 严小刚.金属材料热处理节能新技术的探讨[J].科技创新导报，2016，13（15）：55-56.

[2] 刘致祥，洪敏.新时期金属材料热处理节能新技术[J].现代制造技术与装备，2020，56（10）：164-165.

[3] 王勇.金属材料及热处理技术初探[J].市场调查信息：综合版，2019（6）：188.

[4] 高钰昇.浅谈金属材料热处理工艺及技术发展趋势[J].华东科技（综合），2019（3）：386.

[5] 李磊.金属材料热处理变形问题与开裂问题的解决方案探究[J].中国金属通报，2019（11）：296，298.

[6] 张均红.金属材料热处理工艺及技术发展趋势探讨[J].南方农机，2019，50（12）：183.

[7] 佚名.《金属热处理》《材料热处理学报》组合光盘[J].金属热处理.2020，45（8）：160.