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金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用

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金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用

摘要:隨著我國經(jīng)濟快速的發(fā)展,對于金屬材料的需求也越來越多,金屬行業(yè)也在快速的發(fā)展。在金屬行業(yè)中,對于金屬的處理大多數(shù)都應(yīng)用了熱處理的方法,通過對金屬進行退火、正火等各項加工來獲得所需要的金屬材料性能。雖然對金屬材料進行熱處理有非常多的優(yōu)勢,但在處理過程中還是存在較多的問題,其中對于電能的消耗就是最突出的。為了解決這個問題,許多熱處理新技能,也相繼推出。本文針對金屬熱處理現(xiàn)狀進行分析,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)制造過程中,熱處理是最關(guān)鍵的一步,約占生產(chǎn)過程的四分之一,這個過程中對于電能的消耗也是非常巨大的,相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在2019年的前八個月中,工業(yè)用電量已經(jīng)超過了三萬億千瓦時,在消耗的大量電能中,金屬熱處理所消耗的電能將近一半,在金屬熱處理過后,還會對環(huán)境造成污染。近些年來,我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不斷的深入,營造一個和諧、美好的環(huán)境已經(jīng)成為重點。為了響應(yīng)國家相關(guān)政策,金屬材料行業(yè)也在不斷的進行技術(shù)改進,希望可以在降低能耗的同時減輕對環(huán)境的污染,為工業(yè)制造的發(fā)展、為國家的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

1.金屬材料熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀

(1)工藝落后、設(shè)備破舊我國工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展,已經(jīng)具有了一定的規(guī)模,并且在國內(nèi)生產(chǎn)總值中占比越來越高。金屬材料熱處理行業(yè)也是如此,經(jīng)歷了快速發(fā)展。雖然我國的金屬熱處理已經(jīng)有了一定成就,但與國際先進的金屬熱處理行業(yè)還是存在一些差距的。我國的金屬熱處理設(shè)備都是一些使用年限過久的機械,在對金屬材料進行熱處理時,經(jīng)常會出現(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,不能符合國家對相關(guān)行業(yè)制定的標準。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)可能會為了減少成本而選擇購買已經(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,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,工藝水平也達不到標準,產(chǎn)生的污染也會更多,對環(huán)境造成了巨大破壞[1]。

(2)能耗較大且利用率低我國作為一個制造業(yè)大國,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,這與一些先進國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)達國家學(xué)習(xí),將我國金屬熱處理過程中六百千瓦時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,并且提升利用率,減輕對能源的浪費現(xiàn)象。只有將金屬材料熱處理技術(shù)存在的問題解決,才能真正的達到節(jié)省能源、提升利用率。

(3)生產(chǎn)廢料過多,對環(huán)境造成嚴重污染金屬材料熱處理后產(chǎn)生的廢棄物過多也是存在的問題之一。在對金屬材料熱處理后,會有許多的廢水、廢渣等污染物出現(xiàn),同時處理設(shè)備還會產(chǎn)生較大的噪音,這都給生態(tài)環(huán)境帶來了很大的污染。如果再將這些廢棄物隨意排放,會造成更大的污染。尤其是產(chǎn)生的廢水中,污染物多達九種之多,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。金屬材料熱處理過后各種廢氣廢水都會給生態(tài)環(huán)境帶來不可估量的危害,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,也可能會出現(xiàn)各種疾病。金屬材料熱處理后帶來的諸多影響已經(jīng)威脅到了人們生存,所以要重視起來[2]。

(4)技術(shù)創(chuàng)新型人才匱乏、專業(yè)操作人員欠缺我國的金屬材料市場較大,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)置的時間較短,還不能真正的應(yīng)用到實踐生產(chǎn)中,并且在這些開設(shè)的課程中,對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。人才的培養(yǎng)不能滿足發(fā)展越來越快的金屬制造行業(yè),人才匱乏反過來又會影響到金屬行業(yè)的發(fā)展,所以在這個惡性循環(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,也不會對技術(shù)人員進行培訓(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。一些廠商對于創(chuàng)新型技術(shù)人才并不重視,認為只要能夠操作設(shè)備就行,這也會使金屬材料熱處理的相關(guān)人才培養(yǎng)難以進行。

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、污染嚴重等諸多缺點已經(jīng)引起了許多人的注意,面對這些不得不解決的問題,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CAD技術(shù)的應(yīng)用計算機技術(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)用計算機中的CAD技術(shù)已經(jīng)成為一種新的趨勢,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),它通過對計算機進行熱處理前的模擬,分析出操作的缺陷,更改后再進行實際操作。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)的模擬并不會消耗太多的能源,還沒有廢物產(chǎn)生,諸多的優(yōu)點使其成為了大多數(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)用也確實帶來了節(jié)能的效果[3]。

(2)振動時效處理技術(shù)的應(yīng)用振動時效處理是一種金屬材料生產(chǎn)過程中對金屬進行保護的技術(shù)。金屬材料加工過程中,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,并重新進行熱處理加工,不僅浪費了大量的時間,會造成能源的大量消耗。振動時效處理技術(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。振動時效處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)的低溫加熱技術(shù),有更好的技術(shù)效果、更短的處理時間,并且不需要太高的成本支出。振動時效處理技術(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)境中進行的技術(shù),在這樣的環(huán)境中對金屬材料進行熱處理,就可以實現(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)對于熱處理技術(shù)的要求十分高,并且真空狀態(tài)無法實現(xiàn),所以并不能大規(guī)模的應(yīng)用。我國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)達國家占比已經(jīng)達到了百分之二十。由此看來我國的真空熱處理技術(shù)還是需要很長的發(fā)展時間[4]。

(4)激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用激光具有較強的能量,并且穿透力極強,在這兩個特點下,就可以將激光應(yīng)用到金屬材料的熱處理中。通過使用高能量的激光對金屬材料的性能做出快速改變,增強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)動機、輪轂等)需要高強度、高硬度、高耐磨,等屬性,利用激光對金屬材料進行處理過后,就可以運用到汽車上了。激光熱處理技術(shù)在進行操作時,只需要一臺電腦就能實現(xiàn),并且可以選距離控制,在節(jié)省了人力資源的同時,也達到了節(jié)能的目標,

(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能夠節(jié)省大量能源的技術(shù),同時它可以提升金屬材料表面的各種屬性。在用氮氣作為滲入原料時,氮的低溫保證了金屬的形狀不會發(fā)生變化。滲氮也需要把握滲透深度,過深需要的加熱時間長,能量消耗也就越多,過淺達不到效果[5]。

(6)預(yù)先熱處理實驗針對薄壁殼體零件展開處理試驗,正火溫度880-900℃,正火工藝:500℃/30min預(yù)熱;保溫時間在計算時,依據(jù)1.5-1.8min/mm標準。完全退火工藝:預(yù)熱500℃/30min,從680℃降至480℃。得出的實驗結(jié)果為,組織對退火和正火的質(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

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)也是未來金屬制造行業(yè)以及工業(yè)的發(fā)展目標。新技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了能源的消耗,還減輕了對生態(tài)環(huán)境的污染,提升了金屬產(chǎn)品的質(zhì)量,為企業(yè)的未來發(fā)展打好了基礎(chǔ)。

【參考文獻】

[1]蔣超友.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運用研究[J].中國金屬通報,2020(02):67-68.

[2]李世顯,潘衛(wèi)彬.關(guān)于金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運用[J].中國設(shè)備工程,2019(09):86-87.

[3]冷廷梅.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)與實施要點分析[J].智庫時代,2018(24):250+257.

[4]張進,鐘玉龍.當前金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的有效運用[J].冶金與材料,2018,38(02):50+52.

[5]朱奇鋒,鄭爐玉,曹雄偉.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運用思考[J].中國金屬通報,2017(11):133-134.

作者:韓方恒 單位:江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

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