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新时期金属材料热处理节能新技术

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：姜云龙

[导读] 随着经济和各行各业的快速发展，在对机械金属材料进行有效热加工处理过程中，会使材料的性能和稳定性有一定程度的提高，这个直接热加工的过程也会直接影响机械性能的优劣度，针对此种情况，进行机械金属材料的热处理探索尤为重要。在机械金属材料在热加工过程中遇到的问题，比如机械金属材料开裂、断裂、熔失、变形等问题，影响机械的使用质量和使用寿命。

铜陵学院姜云龙 244000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，在对机械金属材料进行有效热加工处理过程中，会使材料的性能和稳定性有一定程度的提高，这个直接热加工的过程也会直接影响机械性能的优劣度，针对此种情况，进行机械金属材料的热处理探索尤为重要。在机械金属材料在热加工过程中遇到的问题，比如机械金属材料开裂、断裂、熔失、变形等问题，影响机械的使用质量和使用寿命。在此基础上，针对出现问题提出解决方案和方法，总结分析关键技术条件和相关工艺。因此，本文章通过探索在几项金属材料热处理加工中的使性能下降的直接因素，并通过总结分析得出科学、实用、有操作性的实际解决方法，提出具体解决方案和具体措施，供大家参考。
关键词：金属材料；热处理；节能新技术
        引言
        随着经济和科技的快速发展，如今，我国十分重视环境保护和治理，诸多行业为了推进自身在新时期持续发展，都开始将注意力放在节能技术研究开发上，而工业生产制造对于热处理需求较大，如果继续使用以往技术对金属材料展开热处理，就可能导致工业生产制造行业在新时期被淘汰。因此，在新时期工业生产制造行业需要将重点放在节能新技术研发与推广应用上，这样才能促使工业生产制造行业在新时期得到持续发展。
        1机械金属材料热处理加工工艺的优势
        机械金属材料各项性能的有效提升，热处理加工方式起着重要的作用，经过不同方式的淬火锤炼，机械金属材料中的网状碳化物等相关杂质持续降低减少，优化细化金属材料中的金属颗粒，相应的金属材料的内应力持续消除，强度基础以及韧性水平得到很大的提升，更好地在经济发展中促进工业机械制造加工生产。另外机械金属材料在热处理加工过程中会导致金属完美塑型，其金属的原子结构通过重力势能原因，遭到破坏，机械金属材料就更容易锤砸塑型。这样就会在机械工业生产过程中，针对不同的状况在精密的机械零件深加工中得到不断应用并推广。最后，机械金属材料热处理加工工艺能够增加金属材料的使用寿命，力学性能也会得到不断提升，变形问题就会大大减少，避免出现金属材料的变形断裂现象。热处理加工很好地处理金属材料的加工和提升金属材料的性能，由此得出，通过热处理加工工艺最终使机械金属材料延长机械使用寿命，减少工业机械化生产成本，优化各企业生产效能并增加经济效益，尤其是在疫情促发展期间，直接促进国家经济发展建设。
        2机械金属材料热处理过程中需要遵守的原则
        2.1遵守科学实用性的原则
        机械金属材料在热处理加工过程环境中降低出现断裂变形等因素，这个环节离不开科学的热处理方式。在平常的实践探索中，科研工作者和相应操作人员要坚持用科学的精神，不怕苦不怕困难学习老一代前辈的优良作风和精神，在科学的理念指引下，不断求索实践出真知，设备和技术不完善的情况下，探索出新的创新方式和办法，大大降低机械金属材料的变形等不利因素。
        2.2遵循可持续性的原则
        机械金属材料要保持可持续发展的原则，保证金属材料的有利循环运转。保证好能源的不浪费发展，不破坏环境为主体。绿水青山就是金山银山。所以，在对机械金属材料热处理加工过程中，要根据环保科学性，根据性能和最佳状态来完成，节约材料有效利用不浪费。在节约的前提下还要做好机械金属材料热加工处理后的质量保证。更好地发挥好机械效能和质量，保证好物质生活提高和经济运行发展。
        3新时期金属材料热处理发展现状
        目前，我国工业生产制造行业发展速度较快，促使热处理行业与技术发展速度随之得到一定提升，如今我国在热处理方面的工厂数量高达上万家，工作人员数量高达数十万，由此可知近几年热处理拓展规模持续增长。但在这种趋势下出现了诸多问题，如浪费能源、污染环境、技术不完善、设备老旧等，这些问题不仅会限制热处理技术的继续推广，还会降低相关企业经济收益。而且如今在金属材料热处理加工中主要有2种技术，一为正常加工，主要是通过普通热处理来调整金属材料结构，但无法转变其中化学元素与整体性能；二为表面加工，主要是针对材料外表进行加热后冷却，可以改善金属材料性能，但这两种技术都十分简单，也无法对能源浪费与环境污染展开有效管控。因此，相关企业与有关部门开始注重研发金属材料热处理节能新技术。
        4金属材料热处理技术的现状
        4.1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。
        4.2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。

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        4.3金属热处理内应力塑性变形
        金属零部件在热处理过程中会经历加热、保温和冷却三个阶段，在加热和冷却不均匀的情况下，金属组织在固定下会呈现出不同的变化，最终使得工件在热处理的过程中产生了一定的内应力。在这种内应力的作用下金属零部件会出现塑性变形的问题。
        4.4温度把控不合理
        金属材料热处理对周围温度有着较高的要求，在操作的时候如果没有对温度进行有效的把控就会使得金属材料出现热处理变形和开裂的问题。比如在没有对金属材料进行精密温度测量就将其直接进行热处理就会导致金属材料报废。
        5金属材料热处理节能新技术的应用
        5.1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。
        5.2对金属工件结构的处理
        在金属材料工件设计的过程中需要相关人员充分考虑可能因为热处理操作所引起的形变问题，在操作的时候通过校直的方式来调节工件变形。如果不能够对工件直接校直，则是要保证工件拥有足够的加工余量，避免出现因为热处理不当而引发的工件变形、报废问题。在满足工件基本使用性能的情况下在设计工件的时候要确保截面力量的分布均匀，并确保工件结构的对称分布。
        5.3合理调节工件热处理工艺参数
        工件热处理工艺技术参数包含加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度等，为了能够提升工件处理有效性，在工件热处理的过程中要选择适合的加热速度和加热温度，在制定保温时间热处理基本工艺参数的时候需要充分计算工件的厚实程度，确保工件在热处理的过程中能够拥有均匀的组织转变时间，目的是减少金属工件中比容变形的发生。
        5.4激光技术
        激光技术又被称为激光淬火技术，主要是指通过能源、密度及功率较高的激光，针对金属材料外表展开全面扫描，当金属材料外表温度上升到一定程度后，激光不再对金属材料进行扫描时就会产生热传导效果，促使金属材料处于自冷淬火状态，并在外表形成一层硬化结构，这样金属材料自身硬度就会比以往经过淬火处理的材料硬度更高，因激光技术具备一定穿透性能，可以彻底转变以往淬火技术无法触及的成分。在热处理全过程中材料基本不会出现变形情况，适合应用在汽车零件热处理中，如铸造板与发动机缸孔等，可以有效增加材料强度、硬度、抗磨损、抗高温及抗腐蚀等性能。因为利用激光技术对其展开处理时，能促使金属材料外表能量提升至200-10000kW，转变金属材料外表结构、成分及性能。而且激光技术能在较远距离完成快速传输，大幅提高金属材料热处理效果与效率，减少工业领域对于能源和电力的实际消耗，从而有效实现节能目的。
        5.5化学技术
        如今，化学节能新技术在工业生产制造行业应用较为广泛。所谓化学技术，指的是利用化学手段针对金属材料展开处理，大幅降低金属材料实际厚度，从而促使热处理时间有所减少，这样就无需在热处理加工环节浪费大量能源与电力，还能将热处理加工对于生态环境的实际污染降至最低程度。相关人士实践调查发现，在对金属材料展开热处理加工时，如果材料外表厚度能减少20%左右，不仅可以节约20%左右的电力，还可以节约40%左右的能源，将化学技术与其他技术相比，化学技术能为相关企业节省5%左右的电力与能源。而且通过化学技术针对金属材料展开热处理，并不会对材料自身造成任何影响与损坏，也不会导致金属材料性能有所降低，甚至可以增加金属材料应用年限，帮助企业节省大量资金成本。
        5.6真空技术
        所谓真空技术，主要是指在真空条件下针对金属材料展开热处理加工，金属材料在真空环境下进行热处理，就不会发生氧化情况，主要是因真空技术可以增加渗碳实际温度，从而有效降低金属材料生产时间。而且通过真空技术展开热处理加工，无需使用点火设备，这样热处理排放气体就会得到有效控制，在增加温度与降低温度时实际速度也会有所增加，促使热处理加工效率随之增长。近几年在我国工业生产制造领域应用真空技术后，主要是将热处理加工设施中所有空气全部抽出，再加入He、Xe及Kr等气体，并在炉膛部位安设风扇，这样便可促使温度增长速度随之增加。但我国具备真空装置的热处理设施较少，由此可知，真空技术在工业领域发展空间十分理想，适当加大真空技术推广力度，可以在保证金属材料热处理加工质量的同时，为相关企业节省大量能源与资金。
        5.7采取措施减少金属材料热处理过程中的残留应力
        金属材料热处理过程中产生的残余应力会让其表面保护膜遭受破坏，最终引发变形，影响材料质量。为此，在热处理操作的时候需要工艺部门采取措施减少金属材料热处理过程中的残余应力。在加工操作的时候根据金属材料的不同性质在其中加入一定的合金元素，由此延长金属材料的使用寿命，使其能够更好的适应热处理操作工艺。另外，在进行热处理的时候还需要加强对金属材料本体缺陷的处理，避免因为金属材料过度粗糙所引发的材料变形和开裂。
        结语
        对于工业领域而言，金属材料热处理属于十分关键的部分，能为材料质量与性能起到保证与加强效果，但以往技术已经不适合在新时期继续使用。因此，工业生产制造行业需要在新时期针对激光、化学、真空及CAD等多种节能新技术展开深入分析，同时通过适当增加投资成本、合理挑选有效技术等途径，将这些节能新技术应用于金属材料热处理中，从而从根本上达成节能、环保等目的。
参考文献
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