金属材料热处理节能新技术应用

摘要：随着我国经济快速的发展，对于金属材料的需求也越来越多，金属行业也在快速的发展。在金属行业中，对于金属的处理大多数都应用了热处理的方法，通过对金属进行退火、正火等各项加工来获得所需要的金属材料性能。虽然对金属材料进行热处理有非常多的优势，但在处理过程中还是存在较多的问题，其中对于电能的消耗就是最突出的。为了解决这个问题，许多热处理新技能，也相继推出。本文针对金属热处理现状进行分析，并介绍金属热处理节能新技术以及在金属行业中的应用，希望可以为我国金属热处理行业朝着节能环保方向的发展有所帮助。

关键词：金属材料；热处理；节能新技术

在金属材料生产制造过程中，热处理是最关键的一步，约占生产过程的四分之一，这个过程中对于电能的消耗也是非常巨大的，相关数据显示，在2019年的前八个月中，工业用电量已经超过了三万亿千瓦时，在消耗的大量电能中，金属热处理所消耗的电能将近一半，在金属热处理过后，还会对环境造成污染。近些年来，我国可持续发展战略不断的深入，营造一个和谐、美好的环境已经成为重点。为了响应国家相关政策，金属材料行业也在不断的进行技术改进，希望可以在降低能耗的同时减轻对环境的污染，为工业制造的发展、为国家的可持续发展做出贡献。

1.金属材料热处理技术的现状

(1)工艺落后、设备破旧我国工业生产经过了几十年的发展，已经具有了一定的规模，并且在国内生产总值中占比越来越高。金属材料热处理行业也是如此，经历了快速发展。虽然我国的金属热处理已经有了一定成就，但与国际先进的金属热处理行业还是存在一些差距的。我国的金属热处理设备都是一些使用年限过久的机械，在对金属材料进行热处理时，经常会出现一些故障，并且与现在的节能设备相比，消耗能源太多，不能符合国家对相关行业制定的标准。在一些小型的金属制造厂，其生产设备更破旧。其中一些企业可能会为了减少成本而选择购买已经淘汰了的金属处理设备，不仅造成了巨大污染、资源浪费，最后生产的产品质量都得不到保障。这些已经被淘汰的破旧设备出现故障的可能性非常高，需要经常进行维修，而在维修中消耗的电力资源也是非常巨大的。在这些小型生产厂中，工艺水平也达不到标准，产生的污染也会更多，对环境造成了巨大破坏[1]。

(2)能耗较大且利用率低我国作为一个制造业大国，在工业中的能源消耗是非常多的，其中很大一部分都消耗在金属材料的热处理上。金属材料的热处理在工业能源消耗中占据很大的比例，这与一些先进国家相比是有较大差距的，大量的消耗使得能源更为紧缺，所以节能已经成为金属材料热处理的重要发展方向。在这方面要向一些发达国家学习，将我国金属热处理过程中六百千瓦时每吨的能耗降到世界平均水平。现如今要不断发展新技术，将能源消耗降下来，并且提升利用率，减轻对能源的浪费现象。只有将金属材料热处理技术存在的问题解决，才能真正的达到节省能源、提升利用率。

(3)生产废料过多，对环境造成严重污染金属材料热处理后产生的废弃物过多也是存在的问题之一。在对金属材料热处理后，会有许多的废水、废渣等污染物出现，同时处理设备还会产生较大的噪音，这都给生态环境带来了很大的污染。如果再将这些废弃物随意排放，会造成更大的污染。尤其是产生的废水中，污染物多达九种之多，其中包括亚硝酸盐、SS、氯化钡等都具有较大污染危害。废气中也具有较多的污染气体。金属材料热处理过后各种废气废水都会给生态环境带来不可估量的危害，如果金属材料生产厂距离城市很近，还可能危害人们的健康。而在金属生产厂工作的员工在这样恶劣的条件下，也可能会出现各种疾病。金属材料热处理后带来的诸多影响已经威胁到了人们生存，所以要重视起来[2]。

(4)技术创新型人才匮乏、专业操作人员欠缺我国的金属材料市场较大，生产厂家也较多，但是专业的技术操作人员却不够。我国的一些学校虽然已经设置了金属材料热处理的课程，但是设置的时间较短，还不能真正的应用到实践生产中，并且在这些开设的课程中，对于金属材料热处理的教学深度不够，也致使创新型人才不能够被培养出来。人才的培养不能满足发展越来越快的金属制造行业，人才匮乏反过来又会影响到金属行业的发展，所以在这个恶性循环中，人才已经成为关键。金属材料制造厂商顾及眼前的利益，也不会对技术人员进行培训，还是使用传统的处理热处理工艺，导致企业能源损耗较大。一些厂商对于创新型技术人才并不重视，认为只要能够操作设备就行，这也会使金属材料热处理的相关人才培养难以进行。

2.金属材料热处理节能新技术的应用

金属材料热处理的能源消耗多、利用率低、设备陈旧、工艺落后、人才匮乏、污染严重等诸多缺点已经引起了许多人的注意，面对这些不得不解决的问题，在科学技术的帮助下，已经出现了多种的热处理技术。它们的诞生，不仅能够节省能源、提高利用率、减轻对于环境的污染，还可以生产出具有更高质量的产品。

(1)在热处理中对CAD技术的应用计算机技术发展迅速，并且已经应用到了各行各业中，金属材料热处理也不例外。在金属材料热处理中应用计算机中的CAD技术已经成为一种新的趋势，并且发挥了巨大的作用。CAD技术是一种结合性技术，它通过对计算机进行热处理前的模拟，分析出操作的缺陷，更改后再进行实际操作。这样不仅可以避免意外发生，更提高了金属产品的质量，而高成功率也代表着能耗的降低。CAD技术的模拟并不会消耗太多的能源，还没有废物产生，诸多的优点使其成为了大多数金属材料生产厂的重要模拟技术，而CAD技术的应用也确实带来了节能的效果[3]。

(2)振动时效处理技术的应用振动时效处理是一种金属材料生产过程中对金属进行保护的技术。金属材料加工过程中，很可能出现残余应力导致材料变形或者裂开的情况，这样就导致材料不能使用，并重新进行热处理加工，不仅浪费了大量的时间，会造成能源的大量消耗。振动时效处理技术的应用，可以将金属内部残余应力导出，保证了金属的正常形态以及质量。振动时效处理技术相较于传统的低温加热技术，有更好的技术效果、更短的处理时间，并且不需要太高的成本支出。振动时效处理技术的应用，也降低了能源的消耗，使热处理后的产品有更高的性能。见图1。

(3)真空热处理技术的应用真空热处理是一种在真空环境中进行的技术，在这样的环境中对金属材料进行热处理，就可以实现低压渗碳金属材料表面工艺，最后高温渗碳，使得金属材料所需要的生产周期大大缩减。这种技术对于热处理技术的要求十分高，并且真空状态无法实现，所以并不能大规模的应用。我国的金属材料热处理中应用真空技术比重非常小，只有百分之五左右，而一些发达国家占比已经达到了百分之二十。由此看来我国的真空热处理技术还是需要很长的发展时间[4]。

(4)激光热处理技术的应用激光具有较强的能量，并且穿透力极强，在这两个特点下，就可以将激光应用到金属材料的热处理中。通过使用高能量的激光对金属材料的性能做出快速改变，增强了金属材料的各种属性（如刚度、耐磨度等）。如果要想是某金属材料有极小的变形程度，就可以使用激光热处理技术。汽车零件（发动机、轮毂等）需要高强度、高硬度、高耐磨，等属性，利用激光对金属材料进行处理过后，就可以运用到汽车上了。激光热处理技术在进行操作时，只需要一台电脑就能实现，并且可以选距离控制，在节省了人力资源的同时，也达到了节能的目标，

(5)化学热处理薄层深入技术的应用化学热处理薄层深入也是一项能够节省大量能源的技术，同时它可以提升金属材料表面的各种属性。在用氮气作为渗入原料时，氮的低温保证了金属的形状不会发生变化。渗氮也需要把握渗透深度，过深需要的加热时间长，能量消耗也就越多，过浅达不到效果[5]。

(6)预先热处理实验针对薄壁壳体零件展开处理试验，正火温度880-900℃，正火工艺：500℃/30min预热；保温时间在计算时，依据1.5-1.8min/mm标准。完全退火工艺：预热500℃/30min，从680℃降至480℃。得出的实验结果为，组织对退火和正火的质量起到关键作用，热处理变形越小，越易于控制。

3.结束语

传统的金属材料热处理设备、处理技术已经不能够符合现代的发展需求，所以新设备、新技术的应用已经不可阻挡。新技术也是未来金属制造行业以及工业的发展目标。新技术的应用不仅降低了能源的消耗，还减轻了对生态环境的污染，提升了金属产品的质量，为企业的未来发展打好了基础。

【参考文献】

[1]蒋超友.金属材料热处理节能新技术的运用研究[J].中国金属通报,2020(02):67-68.

[2]李世显,潘卫彬.关于金属材料热处理节能新技术的运用[J].中国设备工程,2019(09):86-87.

[3]冷廷梅.金属材料热处理节能新技术与实施要点分析[J].智库时代,2018(24):250+257.

[4]张进,钟玉龙.当前金属材料热处理节能新技术的有效运用[J].冶金与材料,2018,38(02):50+52.

[5]朱奇锋,郑炉玉,曹雄伟.金属材料热处理节能新技术的运用思考[J].中国金属通报,2017(11):133-134.

作者：韩方恒 单位：江苏安全技术职业学院