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摘要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展,對(duì)于金屬材料的需求也越來(lái)越多,金屬行業(yè)也在快速的發(fā)展。在金屬行業(yè)中,對(duì)于金屬的處理大多數(shù)都應(yīng)用了熱處理的方法,通過(guò)對(duì)金屬進(jìn)行退火、正火等各項(xiàng)加工來(lái)獲得所需要的金屬材料性能。雖然對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理有非常多的優(yōu)勢(shì),但在處理過(guò)程中還是存在較多的問(wèn)題,其中對(duì)于電能的消耗就是最突出的。為了解決這個(gè)問(wèn)題,許多熱處理新技能,也相繼推出。本文針對(duì)金屬熱處理現(xiàn)狀進(jìn)行分析,并介紹金屬熱處理節(jié)能新技術(shù)以及在金屬行業(yè)中的應(yīng)用,希望可以為我國(guó)金屬熱處理行業(yè)朝著節(jié)能環(huán)保方向的發(fā)展有所幫助。
關(guān)鍵詞:金屬材料;熱處理;節(jié)能新技術(shù)
在金屬材料生產(chǎn)制造過(guò)程中,熱處理是最關(guān)鍵的一步,約占生產(chǎn)過(guò)程的四分之一,這個(gè)過(guò)程中對(duì)于電能的消耗也是非常巨大的,相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在2019年的前八個(gè)月中,工業(yè)用電量已經(jīng)超過(guò)了三萬(wàn)億千瓦時(shí),在消耗的大量電能中,金屬熱處理所消耗的電能將近一半,在金屬熱處理過(guò)后,還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。近些年來(lái),我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不斷的深入,營(yíng)造一個(gè)和諧、美好的環(huán)境已經(jīng)成為重點(diǎn)。為了響應(yīng)國(guó)家相關(guān)政策,金屬材料行業(yè)也在不斷的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),希望可以在降低能耗的同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的污染,為工業(yè)制造的發(fā)展、為國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
1.金屬材料熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀
(1)工藝落后、設(shè)備破舊我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展,已經(jīng)具有了一定的規(guī)模,并且在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值中占比越來(lái)越高。金屬材料熱處理行業(yè)也是如此,經(jīng)歷了快速發(fā)展。雖然我國(guó)的金屬熱處理已經(jīng)有了一定成就,但與國(guó)際先進(jìn)的金屬熱處理行業(yè)還是存在一些差距的。我國(guó)的金屬熱處理設(shè)備都是一些使用年限過(guò)久的機(jī)械,在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障,并且與現(xiàn)在的節(jié)能設(shè)備相比,消耗能源太多,不能符合國(guó)家對(duì)相關(guān)行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)。在一些小型的金屬制造廠,其生產(chǎn)設(shè)備更破舊。其中一些企業(yè)可能會(huì)為了減少成本而選擇購(gòu)買已經(jīng)淘汰了的金屬處理設(shè)備,不僅造成了巨大污染、資源浪費(fèi),最后生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量都得不到保障。這些已經(jīng)被淘汰的破舊設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性非常高,需要經(jīng)常進(jìn)行維修,而在維修中消耗的電力資源也是非常巨大的。在這些小型生產(chǎn)廠中,工藝水平也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)生的污染也會(huì)更多,對(duì)環(huán)境造成了巨大破壞[1]。
(2)能耗較大且利用率低我國(guó)作為一個(gè)制造業(yè)大國(guó),在工業(yè)中的能源消耗是非常多的,其中很大一部分都消耗在金屬材料的熱處理上。金屬材料的熱處理在工業(yè)能源消耗中占據(jù)很大的比例,這與一些先進(jìn)國(guó)家相比是有較大差距的,大量的消耗使得能源更為緊缺,所以節(jié)能已經(jīng)成為金屬材料熱處理的重要發(fā)展方向。在這方面要向一些發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí),將我國(guó)金屬熱處理過(guò)程中六百千瓦時(shí)每噸的能耗降到世界平均水平?,F(xiàn)如今要不斷發(fā)展新技術(shù),將能源消耗降下來(lái),并且提升利用率,減輕對(duì)能源的浪費(fèi)現(xiàn)象。只有將金屬材料熱處理技術(shù)存在的問(wèn)題解決,才能真正的達(dá)到節(jié)省能源、提升利用率。
(3)生產(chǎn)廢料過(guò)多,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染金屬材料熱處理后產(chǎn)生的廢棄物過(guò)多也是存在的問(wèn)題之一。在對(duì)金屬材料熱處理后,會(huì)有許多的廢水、廢渣等污染物出現(xiàn),同時(shí)處理設(shè)備還會(huì)產(chǎn)生較大的噪音,這都給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了很大的污染。如果再將這些廢棄物隨意排放,會(huì)造成更大的污染。尤其是產(chǎn)生的廢水中,污染物多達(dá)九種之多,其中包括亞硝酸鹽、SS、氯化鋇等都具有較大污染危害。廢氣中也具有較多的污染氣體。金屬材料熱處理過(guò)后各種廢氣廢水都會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不可估量的危害,如果金屬材料生產(chǎn)廠距離城市很近,還可能危害人們的健康。而在金屬生產(chǎn)廠工作的員工在這樣惡劣的條件下,也可能會(huì)出現(xiàn)各種疾病。金屬材料熱處理后帶來(lái)的諸多影響已經(jīng)威脅到了人們生存,所以要重視起來(lái)[2]。
(4)技術(shù)創(chuàng)新型人才匱乏、專業(yè)操作人員欠缺我國(guó)的金屬材料市場(chǎng)較大,生產(chǎn)廠家也較多,但是專業(yè)的技術(shù)操作人員卻不夠。我國(guó)的一些學(xué)校雖然已經(jīng)設(shè)置了金屬材料熱處理的課程,但是設(shè)置的時(shí)間較短,還不能真正的應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)中,并且在這些開設(shè)的課程中,對(duì)于金屬材料熱處理的教學(xué)深度不夠,也致使創(chuàng)新型人才不能夠被培養(yǎng)出來(lái)。人才的培養(yǎng)不能滿足發(fā)展越來(lái)越快的金屬制造行業(yè),人才匱乏反過(guò)來(lái)又會(huì)影響到金屬行業(yè)的發(fā)展,所以在這個(gè)惡性循環(huán)中,人才已經(jīng)成為關(guān)鍵。金屬材料制造廠商顧及眼前的利益,也不會(huì)對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn),還是使用傳統(tǒng)的處理熱處理工藝,導(dǎo)致企業(yè)能源損耗較大。一些廠商對(duì)于創(chuàng)新型技術(shù)人才并不重視,認(rèn)為只要能夠操作設(shè)備就行,這也會(huì)使金屬材料熱處理的相關(guān)人才培養(yǎng)難以進(jìn)行。
2.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用
金屬材料熱處理的能源消耗多、利用率低、設(shè)備陳舊、工藝落后、人才匱乏、污染嚴(yán)重等諸多缺點(diǎn)已經(jīng)引起了許多人的注意,面對(duì)這些不得不解決的問(wèn)題,在科學(xué)技術(shù)的幫助下,已經(jīng)出現(xiàn)了多種的熱處理技術(shù)。它們的誕生,不僅能夠節(jié)省能源、提高利用率、減輕對(duì)于環(huán)境的污染,還可以生產(chǎn)出具有更高質(zhì)量的產(chǎn)品。
(1)在熱處理中對(duì)CAD技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,并且已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)中,金屬材料熱處理也不例外。在金屬材料熱處理中應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的CAD技術(shù)已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì),并且發(fā)揮了巨大的作用。CAD技術(shù)是一種結(jié)合性技術(shù),它通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱處理前的模擬,分析出操作的缺陷,更改后再進(jìn)行實(shí)際操作。這樣不僅可以避免意外發(fā)生,更提高了金屬產(chǎn)品的質(zhì)量,而高成功率也代表著能耗的降低。CAD技術(shù)的模擬并不會(huì)消耗太多的能源,還沒(méi)有廢物產(chǎn)生,諸多的優(yōu)點(diǎn)使其成為了大多數(shù)金屬材料生產(chǎn)廠的重要模擬技術(shù),而CAD技術(shù)的應(yīng)用也確實(shí)帶來(lái)了節(jié)能的效果[3]。
(2)振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)的應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效處理是一種金屬材料生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)金屬進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)。金屬材料加工過(guò)程中,很可能出現(xiàn)殘余應(yīng)力導(dǎo)致材料變形或者裂開的情況,這樣就導(dǎo)致材料不能使用,并重新進(jìn)行熱處理加工,不僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間,會(huì)造成能源的大量消耗。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)的應(yīng)用,可以將金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力導(dǎo)出,保證了金屬的正常形態(tài)以及質(zhì)量。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)的低溫加熱技術(shù),有更好的技術(shù)效果、更短的處理時(shí)間,并且不需要太高的成本支出。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)的應(yīng)用,也降低了能源的消耗,使熱處理后的產(chǎn)品有更高的性能。見圖1。
(3)真空熱處理技術(shù)的應(yīng)用真空熱處理是一種在真空環(huán)境中進(jìn)行的技術(shù),在這樣的環(huán)境中對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理,就可以實(shí)現(xiàn)低壓滲碳金屬材料表面工藝,最后高溫滲碳,使得金屬材料所需要的生產(chǎn)周期大大縮減。這種技術(shù)對(duì)于熱處理技術(shù)的要求十分高,并且真空狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn),所以并不能大規(guī)模的應(yīng)用。我國(guó)的金屬材料熱處理中應(yīng)用真空技術(shù)比重非常小,只有百分之五左右,而一些發(fā)達(dá)國(guó)家占比已經(jīng)達(dá)到了百分之二十。由此看來(lái)我國(guó)的真空熱處理技術(shù)還是需要很長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間[4]。
(4)激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用激光具有較強(qiáng)的能量,并且穿透力極強(qiáng),在這兩個(gè)特點(diǎn)下,就可以將激光應(yīng)用到金屬材料的熱處理中。通過(guò)使用高能量的激光對(duì)金屬材料的性能做出快速改變,增強(qiáng)了金屬材料的各種屬性(如剛度、耐磨度等)。如果要想是某金屬材料有極小的變形程度,就可以使用激光熱處理技術(shù)。汽車零件(發(fā)動(dòng)機(jī)、輪轂等)需要高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨,等屬性,利用激光對(duì)金屬材料進(jìn)行處理過(guò)后,就可以運(yùn)用到汽車上了。激光熱處理技術(shù)在進(jìn)行操作時(shí),只需要一臺(tái)電腦就能實(shí)現(xiàn),并且可以選距離控制,在節(jié)省了人力資源的同時(shí),也達(dá)到了節(jié)能的目標(biāo),
(5)化學(xué)熱處理薄層深入技術(shù)的應(yīng)用化學(xué)熱處理薄層深入也是一項(xiàng)能夠節(jié)省大量能源的技術(shù),同時(shí)它可以提升金屬材料表面的各種屬性。在用氮?dú)庾鳛闈B入原料時(shí),氮的低溫保證了金屬的形狀不會(huì)發(fā)生變化。滲氮也需要把握滲透深度,過(guò)深需要的加熱時(shí)間長(zhǎng),能量消耗也就越多,過(guò)淺達(dá)不到效果[5]。
(6)預(yù)先熱處理實(shí)驗(yàn)針對(duì)薄壁殼體零件展開處理試驗(yàn),正火溫度880-900℃,正火工藝:500℃/30min預(yù)熱;保溫時(shí)間在計(jì)算時(shí),依據(jù)1.5-1.8min/mm標(biāo)準(zhǔn)。完全退火工藝:預(yù)熱500℃/30min,從680℃降至480℃。得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為,組織對(duì)退火和正火的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用,熱處理變形越小,越易于控制。
3.結(jié)束語(yǔ)
傳統(tǒng)的金屬材料熱處理設(shè)備、處理技術(shù)已經(jīng)不能夠符合現(xiàn)代的發(fā)展需求,所以新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不可阻擋。新技術(shù)也是未來(lái)金屬制造行業(yè)以及工業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。新技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了能源的消耗,還減輕了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染,提升了金屬產(chǎn)品的質(zhì)量,為企業(yè)的未來(lái)發(fā)展打好了基礎(chǔ)。
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作者:韓方恒 單位:江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院