摘要：随着我国的工业制造业的高速发展，越来越重视制造和环境的有机、和谐统一，对金属材料的加工效果也有着越来越高的要求，扮演着重要角色的金属材料热处理行业更是得到了快速的发展。目前，我国的各项生产制造行业都会应用到对金属材料的热处理技术，尤其是一些大型的机械行业，会对一些金属钢铁材料进行热加工处理，方便以后的生产作业过程，促进制造业的可持续快速发展。但是，现阶段的热处理技术存在着原料和能源消耗大的问题，有时还会极大的污染生态环境，所以如何降低金属材料热处理中消耗能源是现代工业化生产的重要解决任务。对于此，本文分析了金属材料热处理的三个必备过程，探讨了金属材料热处理节能工艺优化措施，仅供参考。
关键词：金属材料热处理；处理过程分析；节能工艺优化
1金属材料热处理的三个必备过程分析
金属材料热处理技术水平与产品质量直接相关，并影响到产品的物理性能。此外，在热处理金属材料时，高水平的技术不仅能减少金属资源的浪费，还能降低热处理工艺带来的环境污染，达到节能环保的效果。根据温度控制的变化，热处理工艺总结为加热、保温、冷却三个过程[1]。
加热是热处理工艺的第一个步骤，早期的热处理工艺加热工序大部分利用木炭和煤炭作为热源，随着能源产业的发展，又出现了液体和气体燃料；电力技术的普及，为热处理加热工序带来了新的变革，普遍使用电力完成加热过程，电加热方式快捷并且易于控制，减少了对外部环境的污染。利用木炭、煤炭、液体气体燃料以及电力等作为热源，不借助加热介质加热统称为直接加热；间接加热则是利用熔融的盐或者浮动粒子达到金属工件升温的效果。在加热过程中，为保护金属工件不受大气中氧气、一氧化碳等气体影响而发生氧化、脱碳等现象，加热环境要确保可控，加热装置要具备气氛保护功能，比如利用熔融盐或者真空环境进行加热，也可通过涂层或包装来完成。
保温工序是在一定的技术规范指导下，在确保加热温度和精准控制下，让加热之后的金属工件保持一定的温度，通常会在相变温度以上进行加热以获得所需的结构[2]。将金属工件表面加热到符合要求的温度并保持在一定的时间间隔之内，以确保工件内部与外部温度能够保持一致，从而使金属结构能够实现完全转变，这段时间间隔在热处理工艺规范中称为保温时间；有些热处理工艺保温过程要求极短，甚至不需要保温时间，例如，为了增加金属材料表面的耐磨性，需要进行高能密度加热，其特点是短时或者瞬间致热，这个过程就不需要保温时间。
热处理的另一个重要工序是冷却过程，不同的热处理工艺，冷却方式不同，冷却速度各不相同，冷却速度的控制是冷却环节的关键，其中，退火最慢，正火较快，淬火最快，但是由于金属材质的不同，其要求也不同，例如，空气硬化钢可以通过冷却速率的标准化来硬化。
2金属材料热处理节能工艺优化措施
2.1加热步骤中的节能热处理
常用金属材料的热处理将固态金属或者合金材料借助适当的方法进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺，创新的热处理技术在实现上更加注重节能功效，具体的实现流程如图1所示。从流程图中能够看出热处理节能创新技术的整个操作步骤，在整个过程中主要秉承节能思想，在技术实施之前对金属的外形结构进行设计，画出设计图在工作过程中按照设计图来进行；设计好后在处理设备中加入各种原材料进行铸造、锻造、焊接等热加工处理。热加工处理有其固定的工作模式：主要是加热、保温、冷却、超硬涂层、热化学以及形变等热处理，在操作过程中可以保持着真空环境还可以利用激光技术，不同的金属热处理技术主要是处理设备的参数设置不同，设备工艺的参数设置可以利用计算机自动化来实现[3]。加热步骤是热处理的工作进行的第一步，金属加热时，原材料暴露在空气中，常常发生氧化和脱碳现象，这对于热处理后零件的表面性能有着很不利的影响，因而金属通常在可控气体或保护气体中、熔融盐中和真空设备中进行加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热，选择和控制加热温度是保证热处理质量的关键问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而进行不同的处理操作，但一般都是加热到相应的温度以上，以获得高温组织。温度的转变需要一定的时间来维持，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，需要维持一段时间的温度稳定，保证内外温度一致，让显微组织转变完全，这段时间为保温时间，整个处理过程对温度的设定要十分精准，保证精确的温度就可以快速成形且能够保证产品的质量。
图1创新技术工作流程图
2.2保温步骤中的节能热处理
采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。为了更好的实现节能效果需要在保温处理中补充一些材料以达到更好的保温效果，对各种材料的加入质量需要精确，各类原材料配比方案如表1所示。按照表1中的数据配比进行原材料的投放，在保证配比的情况下尽量避免原材料无用消耗。在保温过程中更加精确的原料配比能够靠原料自身的化学反应产生部分热量，化学反应产生的热量会根据反应物的数量而发生变化，在原料充分满足制作工艺的同时还能够通过自身的反应热量提供保温的效果，节省了工作中外界热能的消耗。同时，也可以避免原材料的二次加入，避免设备中热量的流失也节省了材料的消耗[4]。
表1保温材料配比方案
2.3冷却步骤中的节能热处理
冷却也是热处理工艺过程中不可或缺的一步，冷却方法主要是控制冷却速度[5]。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。冷却的速度决定了产品的硬度和质量，在冷却过程中介入外界热量干预即可控制工作中产品的冷却速度，冷却速度控制不当可能会引起产品质量不合格也就导致二次加工，二次加工不仅会消耗大量的原材料还要重新进行生产流程消耗大量的热能。所以在冷却过程中除了要加入冷却剂外还需要监控设备的温度变化，维持正常的冷却速度达到最佳的冷却效果。经过处理即可得出半成品毛坯，即可进行切削加工，预先热处理主要是应用于各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，保证材料的切削性能和加工精度并减少变形。生产出的产品质量会比调整前的产品质量更高，质量高的产品可以降低产品的返厂率，减少二次加工和重新生产的次数，间接的节省能源的消耗。
结语
总而言之，对于金属材料热处理来说，应该改变传统的观念，树立环保与节能的观念，与企业的实际情况进行结合，合理使用金属材料热处理节能技术，一方面降低企业能源耗费的情况，另一方面有效提升企业的经济效益。除此之外，也应该加强现代化技术与传统技术之间的有效结合，提升科技水平，推动我国热处理行业迈向可持续发展道路。
参考文献：
[1]付旭哲.浅谈金属材料热处理工艺及技术发展趋势[J].世界有色金属，2018（18）：293+295.
[2]钱宏义，钱文勇.金属材料热处理工艺与技术分析[J].科技风，2018（33）：104.
[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]王筱冬.探究金属材料热处理节能新技术[J].电脑迷，2018（04）：193.
[5]朱建军，郭康乐.金属材料热处理节能技术研究[J].世界有色金属，2017（23）：231-232.
论文作者:崔学团
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
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