宮宇帝,張嶺海,　徐　鶴,杜　江（.沈鼓集團(tuán)；.沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽(yáng)　0000）

金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)分析

宮宇帝1,張嶺海1,徐鶴1,杜江2
（1.沈鼓集團(tuán)；2.沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽(yáng)110000）

摘要:本文對(duì)金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)在我國(guó)機(jī)械工業(yè)中所起的作用，進(jìn)行了深入的研究和分析。近幾年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，和隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷雄厚，發(fā)現(xiàn)我國(guó)在金屬材料熱處理中存在很多各式各樣的問題。對(duì)于機(jī)械工業(yè)和金屬材料制造業(yè)來說，如何運(yùn)用新的金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)，來減少在金屬材料熱處理環(huán)節(jié)中，對(duì)能源的高損耗和對(duì)環(huán)境的污染所產(chǎn)生的負(fù)面影響，也越來越迫切和需要。對(duì)于這些問題，并借用一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究新節(jié)能技術(shù)在熱處理環(huán)節(jié)中運(yùn)用的重要地位。

關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理；CAD技術(shù)

近幾年來隨著人們對(duì)能源和環(huán)境越來越重視，國(guó)家也對(duì)機(jī)械工業(yè)和制造業(yè)加大了檢查與監(jiān)管力度，越來越要求制造工業(yè)的發(fā)展，再也不能以犧牲環(huán)境和高能耗來?yè)Q取效益。然而金屬材料的熱處理程度又關(guān)乎著機(jī)械工業(yè)中產(chǎn)品的質(zhì)量，在我國(guó)需要熱處理的金屬材料占金屬材料總量40%以上，金屬材料在熱處理過程中不僅污染大，而且還高耗能。所以，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與研究，并運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中也是十分必要，對(duì)于熱處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　我國(guó)金屬材料熱處理的生存現(xiàn)狀和問題

近年來機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的分量也越來越重。熱處理行業(yè)也在其發(fā)展的大環(huán)境下迅猛發(fā)展，在全國(guó)各地呈現(xiàn)了遍地開花各式各樣的熱處理廠。根據(jù)有關(guān)部門的不太完全統(tǒng)計(jì)，目前在我國(guó)各式各樣金屬熱處理廠有16000多家，工廠工人有400000多。對(duì)于金屬熱處理的高能耗在我國(guó)總能耗中約占25%，在我國(guó)工業(yè)總能耗中卻以占到60%。然而，在一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家中,在相同的能源損耗下卻能產(chǎn)出是我國(guó)產(chǎn)品的6倍數(shù)量。雖然我國(guó)總量多，但是再利用率上卻很低，造成這種差距是小作坊式的管理模式。還有就是在科學(xué)技術(shù)人才的使用中，沒有把科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的生產(chǎn)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)金屬材料熱處理行業(yè)中設(shè)備利用率才到30%多，在其基數(shù)越大，在金屬材料熱處理過程中，浪費(fèi)數(shù)量也是很驚人。因此，沒有先進(jìn)的熱處理生產(chǎn)技術(shù)作為生產(chǎn)動(dòng)力，金屬材料熱處理行業(yè)很難長(zhǎng)足發(fā)展。所以，我國(guó)在金屬材料熱處理上還有很長(zhǎng)一段路要走。

2　我國(guó)金屬材料熱處理過程中新節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1熱處理中的CAD技術(shù)

熱處理中CAD技術(shù)在金屬材料熱處理中占有較大比重，在熱處理中CAD技術(shù)，運(yùn)用電腦的分析，形成對(duì)金屬材料的合理分析、估算和研究。從而形成對(duì)該金屬材料最合理的噴涂冷卻，使用正確的淬火劑和淬火技術(shù)，從而使其加快去碳的程度，以達(dá)到高利用低排放的目的，從而達(dá)到科學(xué)可持續(xù)的環(huán)保意義。

2.2真空加熱處理技術(shù)

熱處理加熱中最高真空度一般情況不得超過10-5Pa。真空加熱處理技術(shù)不但能有效防止工件的氧化、脫碳和元素貧化的程度，而且可以脫脂、脫氣、凈化表面和變形少的優(yōu)點(diǎn)。還可以使工件在真空的條件下進(jìn)行低壓滲碳、滲氮等問題表面的處理。在真空中滲碳或碳氮共滲以后進(jìn)行高壓氣淬，不但使工件的處理過程減少、還能提升工件性能。在一些先進(jìn)國(guó)家中其運(yùn)用約占熱處理設(shè)備中的15%～20%，然而我國(guó)還不到5%。

2.3形變熱處理技術(shù)

形變熱處理是將溫度溫度、時(shí)間和外力三者的熱處理，它不僅起到形變而且能起到熱處理的作用，使工件不僅具有強(qiáng)韌化還更具有經(jīng)濟(jì)效益。這種方法的特點(diǎn)是利用材料在形變時(shí)的熱能、達(dá)到節(jié)能效果,形變熱處理能有很好的提高鋼材在室溫下的強(qiáng)度、韌性以及室溫短期工作的熱強(qiáng)性能等特點(diǎn)。

2.4化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)

化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)打破化學(xué)元素滲透金屬表層深度與性能成正比的關(guān)系。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中不能過多的化學(xué)滲透工件，不然就減少工件的韌性，降低工件的性能，還造成能源的浪費(fèi)，還起了反作用增加生產(chǎn)成本。我國(guó)從現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中總結(jié)出，運(yùn)用化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)，如果滲碳層相對(duì)于減少30%，那么就能達(dá)到節(jié)約33%電能效果。

2.5振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)

消除金屬工件的殘余應(yīng)力，不僅使工件的大小不容易發(fā)生變化，而且有效防止工件受熱彎曲和裂痕等狀況的發(fā)生機(jī)率。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是熱處理爐在低溫條件下長(zhǎng)時(shí)間加熱，在這樣的生產(chǎn)方式下就容易產(chǎn)生生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，并且導(dǎo)致電能的損耗增加。在兩者相比較來說,振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)比熱處理爐技術(shù)就可以達(dá)到節(jié)約40%電能的效果，同時(shí)金屬工件的韌性強(qiáng)度就能達(dá)到35%。所以說，使用振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)就能降低能耗節(jié)約電能。

2.6光熱處理技術(shù)

激光的穿透能力很強(qiáng)，在金屬加熱途中，若加熱溫度低于要融化的臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，在工件表面就會(huì)迅速發(fā)生奧氏體化現(xiàn)象，然后再快速進(jìn)行自動(dòng)冷淬火，工件表面就會(huì)被激光迅速相變硬化。激光熱處理技術(shù)高速加熱和高速冷卻使工件的密度、強(qiáng)度、耐磨性都得到很大提升，在所有表面熱處理當(dāng)中激光加熱是速度最快的，達(dá)到106～109W/cm2的加熱速度（≥105℃/s）和冷卻速度（≥104℃/s），經(jīng)過激光淬火的工件材料部分能夠獲得4000kgf/mm2的殘余壓應(yīng)力，就提高工件材料的疲勞性能。激光熱處理可以有選擇的淬火，適合需要局部硬化的工件材料，這就大大提高了生產(chǎn)效率。

3　總結(jié)

綜上所述，金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)是十分繁重而復(fù)雜的一件工作，它又是一件保護(hù)環(huán)境與工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，近幾年不斷引起國(guó)家和人們的重視，我國(guó)的金屬材料熱處理行業(yè)正向著低消耗、低污染、高效率、高生產(chǎn)的方向蓬勃發(fā)展，若要實(shí)現(xiàn)我國(guó)金屬材料熱處理行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的方向，更要實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的不斷改革和創(chuàng)新。

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作者簡(jiǎn)介：宮宇帝（1987-），男，遼寧沈陽(yáng)人，本科，研究方向：金屬材料科學(xué)。