金屬熱處理工藝在熱能動力工程中的應(yīng)用

劉言龍

（棗莊華潤紙業(yè)有限公司，山東 棗莊 277200）

在熱能動力工程領(lǐng)域，關(guān)于原件的鍛造，涉及的材料處理作業(yè)難度相對較大，這是因為在進(jìn)行熱處理過程中，會對材料內(nèi)部的顯微組織產(chǎn)生影響，而這些細(xì)微影響往往會直接左右工件內(nèi)部質(zhì)量。這就使得在熱能工程中關(guān)于金屬熱處理技術(shù)的應(yīng)用較為普遍，屬于熱能動力工程發(fā)展不可或缺的一部分?？梢哉f，伴隨著金屬熱處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及逐漸成熟，推動著國內(nèi)熱能動力工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，因此探究該項技術(shù)在熱能動力工程中的應(yīng)用要點大有裨益。

一、金屬熱處理工藝概述

關(guān)于金屬熱處理工藝的理解是指在高溫環(huán)境或者是通過適當(dāng)溫度加熱金屬工件的方式，時候采用不同的冷卻方法實施降溫的工藝，該工藝的重要性體現(xiàn)在針對材料的生產(chǎn)和鍛造方面，能夠做到在不改變金屬工件形狀，屬性以及化學(xué)成分的情況下，針對其內(nèi)部的雜質(zhì)進(jìn)行去除，從而提高材料的整體純度，是材料的性能更加優(yōu)良。通常為對金屬工件進(jìn)行熱處理的情況下，其整體硬度較高，還有可能在后續(xù)的加工過程中出現(xiàn)斷裂的情況。而熱處理之后，材料內(nèi)部的組織得到改善，實現(xiàn)強(qiáng)度的下降以及塑形的提升，材料的可用范圍得到擴(kuò)展。

二、熱能動力工程與金屬熱處理的關(guān)系

將金屬熱處理加工工藝應(yīng)用于熱能動力工程中，使該項工藝進(jìn)一步發(fā)展的重要表現(xiàn)，同時也為熱能動力工程的發(fā)展提供了良好的動力。首先，金屬熱處理工藝和熱鬧工藝之間存在一定的關(guān)聯(lián)，尤其是在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的推動下，二者之間的聯(lián)系越發(fā)緊密。比如近幾年已經(jīng)出現(xiàn)高等級材料在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用案例，如P92、T92、HR3C 等，都離不開金屬熱處理工藝的支持。熱能物理工程基礎(chǔ)作為發(fā)展方向的理論根據(jù)，同時采納能量嫡變的依據(jù)在其中。熱能動力工程發(fā)展過程中始終堅持將金屬熱加工技術(shù)工藝融入其中，遵循相互促進(jìn)的原則，因此在實際生產(chǎn)過程中衍生出了更多金屬熱加工工藝和熱能動力工程進(jìn)行結(jié)合的億萬利，并且關(guān)于熱操作也表現(xiàn)出較多的重復(fù)利用現(xiàn)象。熱能動力工程所包含的內(nèi)容十分廣泛，例如力學(xué)、動力學(xué)、傳熱學(xué)以及熱技術(shù)等，可以發(fā)現(xiàn)，上述內(nèi)容普遍和熱有著關(guān)聯(lián)，而熱往往是決定金屬加熱工藝技術(shù)發(fā)展的重要因素，這就使得金屬熱加工工藝和熱能工程之間存在聯(lián)系的載體，并且就金屬發(fā)展領(lǐng)域而言，金屬加工技術(shù)是推動金屬行業(yè)不斷發(fā)展的動力因素，無論是在社會生產(chǎn)或者是人們的日常生活中，都會涉及金屬的應(yīng)用，這就是得與金屬相關(guān)的金屬熱加工工藝與實際社會發(fā)展需求之間的貼合，同時也擁有和熱能動力工程相結(jié)合的可能性，二者的融合對于成本，流程以及操作等具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都有良好的改善效果，形成優(yōu)勢互補(bǔ)和互相促進(jìn)，不僅表現(xiàn)出對于基礎(chǔ)材料以及熱能工程的發(fā)展助理，同時將開發(fā)出更多的發(fā)展方向，大幅度提升金屬特性，以應(yīng)對各種社會生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟆?/p>

三、金屬熱處理的發(fā)展

從目前情況來看，我國所掌握的基礎(chǔ)熱處理技術(shù)，較之以往有了大幅度的提升，尤其是在電建施工項目領(lǐng)域，所使用的金屬熱處理工藝以及熱能工程領(lǐng)域更是取得了里程碑式的進(jìn)展，但同時也使得我國在技術(shù)熱加工技術(shù)領(lǐng)域面臨著更多的挑戰(zhàn)以及新的技術(shù)瓶頸。就目前情況來看，金屬熱處理技術(shù)主要應(yīng)用于各種大型金屬的成型生產(chǎn)和處理過程中，而關(guān)于該技術(shù)的未來發(fā)展，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際生產(chǎn)情況以及熱能工程相關(guān)方面的影響因素。依據(jù)工程的實際需求，針對金屬進(jìn)行成品加工，確保各項特性滿足使用需求，離不開關(guān)于金屬本身在形態(tài)以及性質(zhì)上的改造以及錘煉，并且為迎合不同的使用需求，需要針對物質(zhì)相同的金屬進(jìn)行不同的加工處理，最終呈現(xiàn)出不同的處理效果，實現(xiàn)同一種金屬在不同操作工藝處理下得到不一樣的性能表現(xiàn)，這是因為金屬熱處理往往會對金屬物質(zhì)的形態(tài)產(chǎn)生影響。并且根據(jù)以往的經(jīng)驗可知，通過融入熱能工程實踐生產(chǎn)的方式，為金屬熱處理工藝的發(fā)展提供指導(dǎo)方向，依據(jù)實際需求進(jìn)行合理的技術(shù)變革，才是該項工藝未來的發(fā)展主流。

四、金屬熱處理加工工藝的步驟

關(guān)于金屬熱處理工藝的應(yīng)用，通常設(shè)計四個主要步驟，分別是退火、正火、淬火和回火。退火和正火工藝擁有相同的操作內(nèi)容，即都需要針對金屬進(jìn)行加熱，差異在于所使用的冷卻方法不同。退火的冷卻方式是將金屬放入恒溫環(huán)境中緩慢進(jìn)行冷卻，并且該步驟的主要作用是針對金屬的硬度進(jìn)行控制，后者則是將金屬放置于適宜的空氣環(huán)境中進(jìn)行冷卻，具有改善金屬表面化學(xué)成分的作用。淬火和回火是一個流程內(nèi)的兩個步驟，淬火工藝的主要操作是使用各種有機(jī)水溶液，針對金屬進(jìn)行冷卻，隨后進(jìn)入回火環(huán)節(jié)，進(jìn)行長時間的保溫，目的在于應(yīng)對淬火環(huán)節(jié)引發(fā)的材料組織不平衡或者脆性高、硬度高等問題。

（一）退火工藝

退火環(huán)節(jié)的主要操作是針對金屬的硬度進(jìn)行降低，以提高金屬的塑性，便于后期的加工處理。該環(huán)節(jié)的主要操作步驟是通過將金屬加熱到設(shè)定溫度之后，維持一段時間，隨后進(jìn)行緩慢冷卻。該工藝主要應(yīng)用于對材料的切削性能改善領(lǐng)域，教適宜針對一些精度要求不高的零件進(jìn)行處理。

（二）正火工藝

該環(huán)節(jié)的主要操作是將金屬加熱至臨界點的固定溫度值，維持一段時間之好，至于空氣環(huán)境等待自然冷卻。正火工藝在操作流程方面與退火工藝較為相似，但是在加熱的溫度值方面存在明顯區(qū)別，并且所得成品也更加精細(xì)，能夠針對金屬材料的機(jī)械性能進(jìn)行有效提升。另外在冷卻方式方面也表現(xiàn)出明顯的不同，正火工藝主要使用自然冷卻，不需要額外的冷卻液成本支出以及設(shè)備占用，在生產(chǎn)周期和生產(chǎn)效率方面都更具優(yōu)勢。

（三）淬火工藝

淬火工藝同樣是將基礎(chǔ)材料加熱到一定的溫度值，并在該溫度只維持一段時間，目的在于針對金屬部分或者是全部奧氏體化，待金屬完全冷卻之后實施貝氏體轉(zhuǎn)變處理。該工藝的主要作用是針對金屬工件表面的耐磨性和硬度進(jìn)行提升。

（四）回火工藝

在完成淬火工藝操作之后，就進(jìn)入回火環(huán)節(jié)，該還你的具體操作是針對工件進(jìn)行加熱，并達(dá)到臨界點以下數(shù)值，同時在該數(shù)值保持一段時間并進(jìn)行冷卻，最終所得產(chǎn)品即為所需金屬工件。該工藝的主要作用是針對金屬工件的強(qiáng)度和硬度進(jìn)行降低，使其組織更加穩(wěn)定且表現(xiàn)出更強(qiáng)的韌性。

五、金屬熱處理技術(shù)在熱能動力工程中的有效應(yīng)用

（一）涂層技術(shù)

現(xiàn)階段熱能動力工程在發(fā)展過程中面臨的諸多挑戰(zhàn)之一包含能源浪費(fèi)，該問題的存在使得許多金屬元件的功能無法得到充分發(fā)揮，對于熱能動力工程的整體效率形成了極大的束縛。故此在該領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)革新及其必要，關(guān)系到熱鬧動力工程在工作效率和質(zhì)量上的保障。例如關(guān)于涂層技術(shù)的綜合應(yīng)用，主要應(yīng)用領(lǐng)域為較大功率的設(shè)備，實現(xiàn)相關(guān)金屬性能的優(yōu)化。尤其是涉及再加工的工件，可以通過粒子沖擊波進(jìn)行轟擊的方式，針對其硬度和強(qiáng)度進(jìn)行提升。并且將PLC 系統(tǒng)和金屬熱處理技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用，能夠取得遠(yuǎn)程調(diào)動的效果，具有提高該項工藝效率的作用，同時在工時控制以及成本控制方面效果顯著，這些舉措都能夠針對熱能動力工程的生產(chǎn)效率進(jìn)行提升，取得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）真空熱處理技術(shù)

通過將真空技術(shù)和熱處理技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而衍生出真空熱處理技術(shù)，該項技術(shù)的應(yīng)用需要處于真空環(huán)境，一般指低于一個大氣壓的氣氛環(huán)境，例如低真空、中等真空、高真空和超高真空，因此該項技術(shù)同樣屬于氣氛控制熱處理范疇。該項技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在避免在進(jìn)行加工處理過程中金屬零件出現(xiàn)內(nèi)氧化現(xiàn)象，同時能夠有效提升滲碳材料溫度，大幅度縮減整體的生產(chǎn)周期，并有效控制生產(chǎn)過程中廢氣的排放。該項技術(shù)的關(guān)鍵之處在于真空滲碳的控制，避免控制措施不當(dāng)引發(fā)金屬零件質(zhì)量變動。

（三）薄層滲入技術(shù)

受到我國工業(yè)體系整體技術(shù)高精尖發(fā)展趨勢的影響，在金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域也逐漸表現(xiàn)出精細(xì)化以及智能化的發(fā)展趨勢。例如通過添加其他元素針對金屬表面理化性質(zhì)進(jìn)行改變的薄層滲透技術(shù)就是其中的代表，該項技術(shù)的研發(fā)過程涉及通過各種實驗探索，針對碳、錳等各種元素的配比進(jìn)行不斷調(diào)整達(dá)到對金屬性能動態(tài)調(diào)節(jié)的效果，追求最優(yōu)處理效果。

（四）滲碳技術(shù)

在前文已經(jīng)提及，金屬熱處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際生產(chǎn)的需求，而市場需求同樣是影響基礎(chǔ)之后公益發(fā)展的重要影響因素，因為市場需求往往決定著關(guān)于滲碳技術(shù)的選擇。目前在熱能動力工程領(lǐng)域使用較為頻繁的滲碳技術(shù)以微波滲碳技術(shù)和環(huán)乙烯滲碳技術(shù)為主。橫向比較兩種技術(shù)的優(yōu)劣勢，可以發(fā)現(xiàn)微波滲碳技術(shù)在生態(tài)水平方面表現(xiàn)更為突出，能夠表現(xiàn)出較高生產(chǎn)效率的同時，維持穩(wěn)定的態(tài)循環(huán)，并且在碳管理方面表現(xiàn)出的精度也十分理想，能夠有效推動金屬熱處理工藝的持續(xù)發(fā)展，相比之下，環(huán)乙烯滲碳技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在操作流程簡單，以及有效提升金屬硬度方面，但是不足之處在于生產(chǎn)效率并不理想，并且關(guān)于金屬工件的熱處理效果差強(qiáng)人意。

結(jié)語

在熱能動力工程上推廣應(yīng)用金屬熱處理技術(shù)，既是行業(yè)發(fā)展的必然需求，也是行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主流趨勢。在應(yīng)用金屬熱處理工藝的過程中，要進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，深度融合現(xiàn)代化的加工工藝及信息化技術(shù)，進(jìn)而全面提升金屬熱處理工藝的能效，為推動熱能動力工程的高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。