金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)及應(yīng)用

張程程

（南昌理工學(xué)院，江西 南昌 330044）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的影響，人們對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有了更深入的認(rèn)識(shí)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)并駕齊驅(qū)才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此各個(gè)行業(yè)開始重視新技術(shù)、設(shè)備以及綠色管理理念的實(shí)施。其中，對(duì)于金屬材料的處理而言，對(duì)我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)具有直接影響。但傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)在應(yīng)用過程中依然存在一定的問題，因此需要對(duì)技術(shù)進(jìn)行改良，積極創(chuàng)新，將節(jié)能理念落實(shí)到實(shí)際工作中，重視綜合型人才的培養(yǎng)，為工業(yè)發(fā)展提供更持久的動(dòng)力。

1 金屬材料熱處理工藝存在的主要問題

就當(dāng)前而言，金屬材料熱處理工藝本身不斷發(fā)展，但相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距，導(dǎo)致能耗過大，不利于我國(guó)工業(yè)制造的可持續(xù)發(fā)展。其中，熱處理工藝存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，設(shè)備不夠先進(jìn)，工藝水平不高；第二，專業(yè)人才匱乏；第三，能源的消耗量較大，利用率較低。

1.1 設(shè)備不夠先進(jìn)，工藝水平不高

改革開放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不斷加快，尤其是制造行業(yè)，在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)的比例越來越高。而金屬材料在制造業(yè)中具有非常重要的應(yīng)用，受到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響，金屬材料熱處理行業(yè)也曾迎來了巨大的機(jī)遇，取得了重要發(fā)展。但熱處理技術(shù)發(fā)展到今天，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的弊端也開始顯現(xiàn)出來，其中最突出的表現(xiàn)就是消耗過大，綜合效率較低。

我國(guó)制造企業(yè)的金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)應(yīng)用相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距。造成這種問題的主要原因體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，經(jīng)濟(jì)與科技的落后；第二，設(shè)備不先進(jìn)，工藝水平不高。金屬材料的熱處理技術(shù)而言，已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，但生產(chǎn)中的技能技術(shù)在應(yīng)用過程中依然存在一定的問題。尤其是中小型企業(yè)這一問題更加明顯。由于自身的資金能力非常有限，對(duì)于生產(chǎn)方面的資金投入嚴(yán)重不足，導(dǎo)致設(shè)備的更新不夠及時(shí)，工藝水平不高，這樣在具體的生產(chǎn)過程中，就容易產(chǎn)生較多的污染物，不利于資源的合理利用，同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞。

1.2 專業(yè)人才匱乏

以人為本是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中需要堅(jiān)持的原則，工業(yè)生產(chǎn)過程中同樣需要大量的人力資源，尤其是高端人才。就我國(guó)的金屬材料熱處理行業(yè)而言，新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用變得越來越重要，因此該行業(yè)對(duì)高素質(zhì)人才的需求更大。

但我國(guó)現(xiàn)階段在金屬材料熱處理上還是缺乏足夠的人才，尤其是新技術(shù)的研發(fā)方面。這些客觀問題的存在，不利于科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，還會(huì)造成不同程度的環(huán)境污染問題。企業(yè)的總體生產(chǎn)效益也會(huì)受到影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度而言，人才的缺乏，不利于上游企業(yè)的發(fā)展，長(zhǎng)期以往，不利于我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展。

1.3 能源的消耗量較大，利用率較低

當(dāng)前，我國(guó)金屬材料熱處理的企業(yè)數(shù)量有很多，工廠規(guī)模頗具規(guī)模，但由于多種因素的影響，熱處理技術(shù)造成的能源消耗問題也非常嚴(yán)重。在熱處理技術(shù)中加入節(jié)能理念，積極創(chuàng)新，改善生產(chǎn)技術(shù)是金屬材料行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

就歐美發(fā)達(dá)國(guó)家而言，在工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的過程中越來越重視能源的充分利用，通過積極研究新技術(shù)，提升了資源的利用率，有效避免了資源的浪費(fèi)問題。一直以來，我國(guó)的能源消耗量都非常大，浪費(fèi)問題非常突出，這也是制約我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。

2 金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提升金屬材料熱處理的效率和綜合效益具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前節(jié)能技術(shù)在金屬材料熱處理的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用；第二，真空熱處理技術(shù)在金屬材料熱處理中的應(yīng)用；第三，薄層滲透技術(shù)在金屬材料熱處理的應(yīng)用；第四，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在金屬材料熱處理中的應(yīng)用；第五，爐襯材料在金屬材料熱處理中的應(yīng)用。

2.1 激光熱處理技術(shù)在金屬材料熱處理中的應(yīng)用

激光熱處理技術(shù)是當(dāng)前金屬材料處理過程中常用的一種技術(shù)，工作人員可以利用激光手段對(duì)待加工的金屬進(jìn)行提前加熱處理。由于激光具有密度高、穿透性強(qiáng)的有點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料由內(nèi)到外的加工。不僅可以對(duì)金屬材料的表面進(jìn)行硬化處理，提升金屬的表面強(qiáng)度，有效避免金屬受到壓力發(fā)生變形。同時(shí)還可以穿透表面，是材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加緊密。

需要注意的是，在利用激光熱處理技術(shù)時(shí)，需要嚴(yán)格把握金屬材料的溫差，嚴(yán)格按照工藝的需要和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)開展工作。在使用激光進(jìn)行加熱處理之后，需要立刻放入冷水中進(jìn)行淬火處理，從而形成較大的溫差效應(yīng)，提升金屬材料的硬度。相對(duì)于傳統(tǒng)熱處理之后的金屬材料，激光熱處理技術(shù)的處理效果更佳明顯，因此生產(chǎn)出來的產(chǎn)品從性能參數(shù)上也更加優(yōu)良。激光熱處理技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單、無需投入大量的人力資源和機(jī)械設(shè)備資源，并且生產(chǎn)過程中能夠有效避免污染物的產(chǎn)生，因此具有極強(qiáng)的節(jié)能特點(diǎn)。

2.2 真空熱處理技術(shù)在金屬材料處理中的應(yīng)用

真空熱處理技術(shù)與傳統(tǒng)處理手段相比，具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。具體體現(xiàn)在，在使用真空熱處理技術(shù)時(shí)，可以有效避免金屬的氧化問題，從而進(jìn)一步提升金屬生產(chǎn)的質(zhì)量。

對(duì)于大部分金屬而言，在受熱的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的化學(xué)氣體，化學(xué)氣體在一定溫度條件下，會(huì)與空氣中的氧氣結(jié)合，發(fā)生氧化問題。這些化學(xué)反應(yīng)本身會(huì)影響金屬材料的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而造成資源和能源的浪費(fèi)。利用真空熱處理技術(shù)，可以保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，空氣中的化學(xué)物質(zhì)比較溫和，這種處理可以保證金屬材料的加工質(zhì)量，保證總體的效益。

2.3 薄層滲透技術(shù)在金屬材料熱處理中的應(yīng)用

薄層滲透技術(shù)也是金屬熱處理活動(dòng)中常用的一種技術(shù)。由于這種技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單，容易操作的優(yōu)點(diǎn)，因此也逐漸在企業(yè)的生產(chǎn)過程中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

薄層滲透技術(shù)本身是一種化學(xué)處理手段，在具體工作開展中，工作人員需要提前在金屬物的表面涂抹化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)的作用在于加快化學(xué)反應(yīng)，提升效率，從而有效降低在金屬材料熱處理過程中對(duì)電力能源或者煤炭等能源的消耗。

2.4 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在金屬材料熱處理中的應(yīng)用

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬熱處理也開始將計(jì)算機(jī)作為熱處理技術(shù)的輔助工具，這對(duì)于提升熱處理的質(zhì)量和效率具有重要意義。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)溝通共享功能，因此可以在熱處理的設(shè)備上安裝相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備，從而及時(shí)對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將收集到的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行是否存在故障。同時(shí)，工作人員還可以充分利用計(jì)算機(jī)的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行模擬演練，從而對(duì)新技術(shù)手段的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)一步探索資源有效節(jié)約的途徑。

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)也是研究節(jié)能技術(shù)的重要手段，可以充分利用智能化虛擬平臺(tái)對(duì)技術(shù)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，從而獲取數(shù)據(jù)分析該技術(shù)對(duì)節(jié)能效果的影響，從而確定技術(shù)的應(yīng)用。

2.5 爐襯材料在金屬材料熱處理中的應(yīng)用

在金屬熱處理工藝中，合理應(yīng)用爐襯材料也是非常重要的，這也是熱處理實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的關(guān)鍵措施。

在金屬熱處理的過程中，工作人員通常會(huì)利用電阻爐進(jìn)行預(yù)熱處理，但這種熱處理也有一定的弊端，電阻爐不能完全散發(fā)熱量，對(duì)于這種情況，可以選擇合理的襯爐材料改善散熱情況。比如，對(duì)于材料的選擇應(yīng)該盡量選擇耐火性較好的材料，提升隔絕溫度的有效性，降低資源能源的損耗率。另一方面，對(duì)于材料的選擇應(yīng)該重視保溫效果，尤其是在耐火磚的交界處，從而提升對(duì)外表溫度的控制水平。

2.6 控制加工過程中的溫度

在機(jī)械加工過程中，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行會(huì)受到溫度的影響，溫度過高時(shí)，容易導(dǎo)致變形，從而影響零件的加工精度。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，需要保證溫度的穩(wěn)定性。具體需要結(jié)合廠房生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)溫度升高的原因進(jìn)行分析檢測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械的運(yùn)行速度、機(jī)械設(shè)備之間的摩擦力等。從而采取針對(duì)性的降溫方式，有效緩解溫度變化引起的變形問題。具體可以通過定時(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)備的表面進(jìn)行打磨處理，減少機(jī)械設(shè)備接觸面的摩擦力，從而有效降低零件中存在的加工誤差，進(jìn)而降低零件的報(bào)廢率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

為了提升零件加工的精度，需要對(duì)機(jī)械加工工藝過程的加工溫度進(jìn)行合理把控。在機(jī)械加工運(yùn)行時(shí)，因?yàn)槟Σ亮湍芰哭D(zhuǎn)換等因素的影響，隨著加工過程的開展，其溫度也在發(fā)生變化，無論是升高還是降低，不合理的溫度變化總會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此在機(jī)械設(shè)備加工過程中，需對(duì)不合理的溫度變化進(jìn)行合理調(diào)控。如，隨著加工時(shí)間的延伸，若是因?yàn)檫\(yùn)行速度的提升導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備表面溫度升高，則需要用冷水對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行降溫處理。較為常見的，在對(duì)零件表面光滑度進(jìn)行打磨時(shí)，機(jī)床上高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪和零件表面因?yàn)槟Σ亮Φ挠绊懚a(chǎn)生大批熱量，從而導(dǎo)致接觸面溫度升高，若不加以控制，持續(xù)的高溫將導(dǎo)致與砂輪密切接觸的零件發(fā)生形變作用。此時(shí)最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的操作方法，就是利用冷水對(duì)零件表面進(jìn)行降溫處理。仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在零件加工過程中，類似的現(xiàn)象和處理方式還有很多?？梢姡瑢?duì)機(jī)械加工過程中的溫度進(jìn)行合理控制十分必要，在日常工作中，相關(guān)人員一定要引起足夠重視。

2.7 制定科學(xué)的工藝加工流程

機(jī)械加工的工藝可以分成兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是將材料做成粗產(chǎn)品，這就是粗加工。第二個(gè)階段就是對(duì)粗加工的產(chǎn)品進(jìn)行精細(xì)加工。在零件加工之前，需要充分考慮加工的需要，從而制定出合理的工作流程，對(duì)后續(xù)的工作進(jìn)行指導(dǎo)。在加工過程中嚴(yán)格執(zhí)行程序，遵循相應(yīng)的加工原則。

因?yàn)殂娤髁慵男螒B(tài)分為平面類和曲面類兩種，所以，在對(duì)刀具的選擇上存在很大區(qū)別。具體有：刀銑刀、圓角立銑和錐度銑刀等，由于每種刀具的功能作用有所區(qū)別，因此要根據(jù)加工零件的具體情況進(jìn)行選擇。通常出刀的順序主要是先小刀，再大刀。在這個(gè)選擇中，需要通過編程做好各類情況的具體分析和選擇。再利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí)，需要按照實(shí)際要求對(duì)零件質(zhì)量和形狀進(jìn)行制作，這就需要多種刀具類型相互配合。但在實(shí)際編程時(shí)，需要就切割精度對(duì)零件表面影響進(jìn)行綜合考慮，從而選擇合適切入和切出方式，不斷提升零件表面特性。

3 結(jié)語

綜上所述，金屬材料的熱處理節(jié)能技術(shù)對(duì)于提升材料加工的效益，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可以提升環(huán)境保護(hù)的力度，推動(dòng)材料行業(yè)朝著低能耗、低污染、高效率的方向發(fā)展。我國(guó)相對(duì)于國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，因此需要積極學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大科研投入，推動(dòng)熱處理節(jié)能技術(shù)的改革創(chuàng)新。