金属材料热处理的节能工艺探究

朱玉锁，孙路阳

（黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨 150022）

金属制造业是我国传统工业制造领域非常重要的组成部分。而金属材料的热处理过程是金属制造过程的重中之重。但是，传统的金属材料热处理过程却存在着能源耗费巨大与环境污染严重等方面的问题。近年来，随着社会与企业对环境保护观念的不断提升，对金属热处理过程中如何进行节能处理渐渐成为了金属冶炼行业的关注重点。通常情况来说，金属热处理过程中会耗费大量的能量，而且可能会导致环境污染问题。《热处理行业“十二五”发展规划》中指出，金属及相关行业的总体节能目标是百分之十。因此，本文对金属热处理过程中的节能工艺的探究十分具有应用价值。

1 金属热处理节能工艺现状

金属材料的热处理技术随着我国金属制造业的飞速发展也有了快速进步，同时在过程中的需要耗费的能量也随之不断提高，为了减少耗能与环境污染，在热处理过程中必须要采取合适的节能技术。但是由于现在中小金属制造业生产设备较为简陋，导致效率较低，主要表现在以下几点：

（1）在金属热处理过程中，首要面对的问题就是能量耗损较高，相对应的就需要处理技术与节能工艺能够减少能量耗损。现在大多数企业相关处理设备比较陈旧，且在过程中使用的生产工艺也较为原始，这些不足造成了节能效率难以大幅度提高。与此同时，陈旧的设备由于厂家并没有充足的资金来进行革新换代，很多难以避免损坏等问题，在这个过程中又会造成环境的污染。因此，根据数据统计，我国在热处理方面的节能效率与能量耗损相较技术发达国家仍存在不小差距，比之美国、德国都要高出几倍。由于处理设备和节能工艺的不成熟，金属材料成品的质量也难以得到保证，很大一部分日后要进行返修，这在一定程度上也降低了达标率，同时返修时也会耗费大量的人力物力成本，在这些过程中会造成资源的极大浪费。

（2）金属企业在热处理过程中的节能技术在近几年来才被国家和企业所重视，大部分企业所沿用的还是之前传统陈旧的热处理与节能工艺，而传统的工艺在生产过程中能量耗损较高，且理念相对比较落后，所以会导致大量的能源被白白浪费。在节能工艺的更新换代方面，我国由于体量过于庞大，难以达到统一步调。因此生产工艺方面明显处于落后状态。很多中小型金属制造企业在热处理节能技术方面缺乏新型技术与工艺支持，所生产的产品自然也就不能达到国家的要求。这些问题同时也会导致在海外市场与用户上受到限制，不利于金属制造企业的货物出口与海外贸易。

（3）我国服务产业的兴起，对传统机械制造行业造成了极大冲击。而金属制造业在机械制造行业扮演了重要的角色，自然首当其冲地受到影响。具体表现在相关的行业专业技术人员大量缺失。企业对于此类技术人员重视程度普遍不高，当前高等教育院校相关的专业课程也开设较少，这导致了金属热处理技术方面，没有专业的技术研究人员，因此无法及时更新节能技术与节能理念。因此无法针对企业热处理过程中存在的节能问题给出自己的建议，导致生产工艺滞后发展，能源耗损与环境污染问题持续存在。

2 金属热处理新型节能工艺

上文已经针对现在金属热处理企业中节能工艺现状和不足进行了分析，而随着节能工艺近年来渐渐受到国家与企业的重视，新型的节能工艺也逐渐产生并得以应用。出于对环境保护与节能的考虑，下面，我们针对一些新型节能工艺进行分析与探究，从而归纳金属制造产业接下来应该做的工作。常见的新型节能工艺有以下几种。

2.1 化学热处理技术

该技术也称化学热处理薄层注入技术，这种技术打破了之前人们认为化学处理过程对表面的注入元素越深入，其质量也就越高的错误认识。根据研究结果表明，金属表层所注入的元素非但不会提高其成型器件的质量，反而会降低其韧性与强度。同时成型产品的质量与新能也会大大降低[4]。同时传统的注入方式过程一直需要高温加热，能源耗损会变得更大，成本也会更高。所以，诞生了化学热处理薄层注入技术，该技术的引入可以大大减少传统化学热处理过程中产生的各种问题。并且煤炭煤油等用于热处理注入过程的燃烧能源用量也会随着这种技术的引入得以减少。化学热处理薄层注入技术不仅减少了热处理过程中能源的损耗，且减少了排放在空气中的污染气体，对环境保护方面也是一项重大节能技术改革。

2.2 激光处理技术

激光处理技术指的是在金属热处理过程中，使用极高能量的激光对金属表层进行持续照射，以此处理金属表面的技术。此技术主要针对金属的硬化、塑形与合金化过程进行。因为激光本身的能量比较强，可以容易地穿透金属从而对表面实现热处理。这样可以使待处理的金属表面温度急剧升高，当温度升高至相变点之上，将激光源移开，这样金属表面与内部会出现温差，热传导作用使内部快速自冷淬火。从而得到相较传统方式更为出色的金属硬化层。这样做出的产品可以更抗压、更耐磨，表面纹理也更为细密。而且，一台高能激光产生器可以产生多束长距激光，可以同时让多个工作台同时得到照射而同时使用，结合软件控制可以自动处理[2]。实现生产的自动化。同时也较传统方式节省能源消耗。

2.3 真空热处理技术

真空热处理技术是利用无氧介质制造出真空环境，在真空环境下对金属实现热处理。这样在处理过程中金属不会出现明显的氧化，从而减少防氧化过程中需要付出的成本，同时金属的生产周期也会相应缩短，这样可以大大减少金属热处理过程中的能量耗损和对环境的污染。而且经过真空热处理之后的成品性能也会大大增强[3]。不过，由于我国金属制造产业体量过大且技术较为落后，这种真空热处理技术还处于发展阶段，仅可以在部分金属材料进行热处理时应用这种方法。而且由于真空热处理方法对真空的要求较高，现在一般的企业只能在10Pa之内。当真空的程度逐渐增高时，在热处理过程中对金属成型材料的性能的提升就越大。真空热处理方式可以让材料在热处理过程中发生的形变程度大大减小。且能量耗损与环境污染气体的排放也会相应减少。当采用真空热处理技术进行金属热处理时，当设备空载时就可以终止工作，让金属材料在升温的过程变得更短。从而热处理技术的应用也会变得更加广泛。

2.4 热处理CAD技术

热处理CAD技术使用计算机软件编程来控制设备对金属材料进行热处理，热处理CAD技术目前在企业中应用的较为广泛。因为由于计算机仿真与建模可以使处理人员更好地了解金属热处理中需要消耗的能源与设备损耗进行预评估，从而避免那些由于操作或者工艺应用不当而白白浪费的能源[3]。并且，技术人员也可以在得到CAD结果后进行分析与改进，之后将改进方法投入实际生产过程中应用。这样可以有效避免在热处理过程中可能出现的能源耗损与浪费，从而实现能源节约与环境保护。

2.5 环保材料与设备的更新

目前，随着对环境保护需求的不断提高，可循环材料逐渐成为工业生产方向的主流，这种材料可以实现能源的循环利用，且不容易造成环境污染。因此很多金属生产企业也在逐渐尝试可循环材料。同时，也在尝试引进新型设备，这为当下工厂中设备普遍落后的大环境带来了改观。对环保材料的应用以及对设备的更新应该建立在脚踏实地的基础上，在对节能工艺材料进行开发与应用的同时，也要保证在技术应用与工作效率方面得到保证。因此，在金属热处理过程中，需要引入开发的就是一些导热性好，亲和设备的辅助材料。目前市场与企业使用较高，较受青睐的是陶瓷纤维这些能够实现长久保温的新型材料。这样处理之后的废料也可以较好地进行处理与回收。这样可以大大地提高金属热处理过程中的能源利用率与环境保护[1]。

2.6 振动时效处理技术

振动时效处理技术又称“振动消除应力法”指的是采用处于不同频段下的控制系统控制激振器的转数以此产生离心力，让待处理的金属材料器件发生谐振，让需要处理的工件部位发生交变运动，这样可以提高工件的稳定性，在使用时不会出现变形等质量问题[4]。而传统的时效处理方法通常是将金属材料进行低温加热以此来将其塑形。由于在低温加热过程中需要持续地对材料进行加热，所以在这个过程中会耗费非常多的资源，且完成的成品内部会有不易察觉的裂纹与坏点。采用振动时效处理技术对工件进行后续处理可以大大提高其使用寿命。在现在的国内与国际市场上，我国企业有很多出口产品是采用振动时效处理技术来进行后续处理的，但是在国内市场中，能够实现振动时效处理条件的企业还比较少，因此，相关企业应大力推广振动时效处理设备与工艺的发展与普及，以此来提高热处理过程中资源的利用率，实现资源的可持续发展。

3 总结

综上所述，金属材料热处理的节能工艺方面还存在较多的问题，而金属热处理过程是工业生产与金属加工领域重要的组成部分，我国金属制造行业近年来规模已经稳步提高很多，金属的热处理过程节能技术的发展也变得较为迅速。目前，由于金属制造业内设备较为老旧简陋，制作工艺比较落后，资源耗损与环境保护问题较为严重。随着新型热处理技术的不断发展，我们可以得出结论：未来金属制造加工产业的重点，应该围绕金属材料热处理加工过程中的生产效率、能源耗损等方面来展开，并不断应用并发展新型金属热处理加工节能方式，这样才能实现制造行业的可持续发展。这样才能为现在的金属制造企业带来新的机遇和发展生机。