金属材料热处理节能工艺优化研究

王文文

摘要：随着我国工业化进程的飞速发展，对金属材料的需求和要求也越来越高。科学技术的不断发展，金属热处理工艺水平不断提升，使金属材料的处理也更加理想。提高对金属热处理的能力，不仅可以提升金属物理属性，还间接对工业生产发展提供支持保障，应加大新技术的开发力度，重视新技术在金属材料热处理中的应用，实现节能减排。

關键词：金属材料热处理; 处理过程分析; 节能工艺优化

1 金属材料热处理工艺

金属材料由不同的元素组成，具有不稳定性。金属材料热处理工艺，可以大幅度提高金属的耐磨性、强度、硬度、抗疲劳性等，满足对金属材料不同的使用要求。金属材料热处理工艺，改变金属的硬度、导热性、导磁性，柔韧性和延展性等属性，不同的热处理技术可以获得理想的金属材料，助力工业化发展。

淬火工艺可以提高金属材料的强硬度和耐磨性，因而在现代机械制造工业应用广泛。淬火工艺是金属材料热处理的重要工艺，为了适应对金属材料的不同需求，孕育而生各种猝火工艺来满足需要。例如，临汾职业技术学院在焊接某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，在焊接接头冷却到较低温度时，造成局部压力导致性能脆化，导致变形或开裂。在淬火钢回火后，可以调整和稳定金属的结晶组织，获得要求的强度、硬度满足使用需求。随着科学技术的不断发展和测试技术的不断完善，中碳钢淬火的断裂韧性比普通淬火的几乎提高一倍，应对其采用快速、短时加热。在淬火工艺中，马氏体板条外面包着一层厚100～200朋残余奥氏体，采用快速淬火，就会使其强度和耐磨性比其它冷作模的韧性得到大幅度提升。

2 金属材料热处理工艺现状

2.1设备落后，工艺水平低

改革开放之后，我国工业化成就十分明显，就制造行业而言，其在我国国民生产总值中的占比在逐步提升，基于此，能够为金属材料热处理领域带来机遇。但是当前我国多数工厂的金属热处理节能新技术水平和国际水平之间存在着一定的差距，一方面被科学技术与经济等方面所制约，另一方面被滞后的设施设备所影响。即使当前的金属材料热处理技术被广泛的应用，但是在实际生产的过程中，节能方面的技术并不到位，特别是对于某些小型的厂子或者是私人企业而言，其生产设施设备较为落后，其工艺水平比较低，造成金属材料加工的过程中，热处理时会出现很多的污染物，一方面无法对能源进行全面且有效地利用，另一方面也在很大程度上破坏的生态环境。

2.2能源消耗高，利用率低

我国对金属材料进行热处理的企业非常多，具备十分庞大的工人数，此行业中的能源消耗在我国整体能源消耗中占比比较大，是工业领域能源消耗比较高的产业，要求金属材料的热处理朝着节能新型技术的方向不断发展。在国外发达国家工业发展过程中，十分重视能源的利用效率，只有对能源进行全面有效地利用，才能够防止能源浪费的情况出现。我国的能源消耗比较大，利用率比较低，导致能源的生产质量与效率都不高。

3 金属材料热处理节能工艺优化措施

3.1 保温步骤中的节能热处理

采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。为了更好的实现节能效果需要在保温处理中补充一些材料以達到更好的保温效果，对各种材料的加入质量需要精确，各类原材料配比方案。按照数据配比进行原材料的投放，在保证配比的情况下尽量避免原材料无用消耗。在保温过程中更加精确的原料配比能够靠原料自身的化学反应产生部分热量，化学反应产生的热量会根据反应物的数量而发生变化，在原料充分满足制作工艺的同时还能够通过自身的反应热量提供保温的效果，节省了工作中外界热能的消耗。

3.2 冷却步骤中的节能热处理

冷却也是热处理工艺过程中不可或缺的一步，冷却方法主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。冷却的速度决定了产品的硬度和质量，在冷却过程中介入外界热量干预即可控制工作中产品的冷却速度，冷却速度控制不当可能会引起产品质量不合格也就导致二次加工，二次加工不仅会消耗大量的原材料还要重新进行生产流程消耗大量的热能。所以在冷却过程中除了要加入冷却剂外还需要监控设备的温度变化，维持正常的冷却速度达到最佳的冷却效果。经过处理即可得出半成品毛坯，即可进行切削加工，预先热处理主要是应用于各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，保证材料的切削性能和加工精度并减少变形。

3.3 加热步骤中的节能热处理

常用金属材料的热处理将固态金属或者合金材料借助适当的方法进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺，创新的热处理技术在实现上更加注重节能功效。从流程中能够看出热处理节能创新技术的整个操作步骤，在整个过程中主要秉承节能思想，在技术实施之前对金属的外形结构进行设计，画出设计图在工作过程中按照设计图来进行;设计好后在处理设备中加入各种原材料进行铸造、锻造、焊接等热加工处理。热加工处理有其固定的工作模式：主要是加热、保温、冷却、超硬涂层、热化学以及形变等热处理，在操作过程中可以保持着真空环境还可以利用激光技术，不同的金属热处理技术主要是处理设备的参数设置不同，设备工艺的参数设置可以利用计算机自动化来实现。加热步骤是热处理的工作进行的第一步，金属加热时，原材料暴露在空气中，常常发生氧化和脱碳现象，这对于热处理后零件的表面性能有着很不利的影响，因而金属通常在可控气体或保护气体中、熔融盐中和真空设备中进行加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热，选择和控制加热温度是保证热处理质量的关键问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而进行不同的处理操作，但一般都是加热到相应的温度以上，以获得高温组织。温度的转变需要一定的时间来维持，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，需要维持一段时间的温度稳定，保证内外温度一致，让显微组织转变完全，这段时间为保温时间，整个处理过程对温度的设定要十分精准，保证精确的温度就可以快速成形且能够保证产品的质量。

4 结语

现阶段，我国所使用的金属材料主要是钢铁材料，一般情况下，大多数金属制造企业使用热处理节能新技术。但是，我国金属材料的热处理节能新技术仍然存在着一系列的问题，例如，资源浪费、污染环境等，只有采取相应的解决对策，有效的解决这些问题，才能够推动我国金属材料热处理产业的健康可持续发展。

参考文献：

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[2]张天德，徐骏，唐丽娜，等.30CrMnSiNi2A高强钢的淬火畸变预测与工艺优化[J].金属热处理，2017，42（2）：200-206.

（作者单位：天津达祥精密工业有限公司）