金属材料热处理节能新技术的运用研究
摘要：随着科技和经济的不断繁荣发展，工业、制造业等也得到了迅猛的发展，近些年环境、能源问题随之凸显出来，发展新的科学技术与生产工艺避免牺牲环境与能源换来经济的发展。所以金属材料热处理节能技术的开创是一种新型的节能环保型的方法，在保障处理金属材料性能的同时，还能有效的解决热处理耗电量大的不足。因此，推进金属材料热处理节能新技术的应用对于贯彻可持续发展的理念具有重大的意义。
关键词：热处理技术；节能；环保
目前在我国钢铁材料中，应用最多需求就是热处理钢材料，占比达25%，所以在可持续发展的道路上，在开发节能新技术中，把热处理节能新技术作为首要目标是必要的。积极研发热处理节能新技术，能有效地解决我国目前制造业的高能耗、高污染的现象。下面介绍几种热处理节能新技术的原理和应用。
1、化学处理方法：薄层渗碳技术
目前，我国在金属材料热处理节能新技术的应用中，化学热处理-薄层渗入技术应用是最为广泛的。这项薄层渗入技术的应用打破人们的常规认知，在金属表层渗入化学元素，不但没有损坏金属的材料的性能，而且减少了材料在制造过程中的成本。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷 。
目前在共享经济下，诞生出了一批又一批共享单车，截止到目前为止投入市场运营的自行车总量已经达1000万辆以上，在如此巨大的自行车生产过程中，自行车车轴中的钢珠需求可想而知。如果在钢球制造中把化学材料薄层渗碳技术运用其中，可以节约的电量是无可估量的，同时也减少了甲醇和煤油一半以上的使用量，并且由于加热时间短、材料成型时间短，使得钢珠提高至少两倍以上。
这项新技术的发明和使用，不仅节约了制造过程中的成本，提高了零件的使用寿命，更减少了企业制造过程中对环境的压力，实现了节能减排、可持续发展的战略。
2、离子处理方法：超硬涂层技术
我国金属材料热处理制造中，工具零件的需求非常巨大，如果在其制造过程中采用离子冲击：超硬涂层技术，能够实现节能减排的目标。
再生产过程中，将离子加速使其去冲击零件，使其表面形成沉积硬化层，然后在经过溅射处理2 u mTiN，通过后期对零件的检查、实践和对比，我们可以明显的看出，经过超硬涂层技术处理的零件从硬度到使用寿命都有明显的提升。
3、真空处理技术
在金属材料的热处理过程中，材料需要被持续加热到极高的温度，零件表面氧化的非常快，对成品的质量产生影响。为了减少这种损耗，真空热处理工艺技术应运而生。
所谓的真空，并不是在真空环境下进行热处理，而是在无氧的状态下进行热处理，因为在无氧下，渗碳零件的表面不会被氧化。在无氧状态下，大气压升高，在温度大幅提高的同时缩短了零件的制作周期，这样就减少了加热持续时间也就减少了电能的消耗，把零件的生产周期缩短，减少了加热炉的使用时间，保护了部分设备，延长了设备的使用寿命，抑制真空热处理废气的排放。间接达到了节能减排的目的。
目前最为主流的技术就是在真空炉中渗氮，运用空气抽取技术将真空爐中的部分气体排空，使得炉内的压强达到0.133Pa（1×10-3Torr）后，给将炉中工件加热达到550°左右，在达到温度要求是，向炉中输送含有活性物质的多种复合气体，通过控制不同气体的送入量对工艺进行进行控制，炉压控制在0.667Pa（5Torr），保温3～5h后，用炉内惰性气体进行快速冷却。不同材料的工件，通过这种工艺处理后，我们可以得到渗层深为20～80μm、硬度为600～1500HV的硬化层。在此种真空条件下充入氨气，渗氮技术实质上是真空排气下氮碳共渗，清洗金属表面并使其活性化。在热处理得加热、保温、冷却的整个过程中，将含量不纯的气排出，把高纯度并且含有含活性物质的气体送入，让工件面层的结构能够得到调整、控制和质量的提高，在这个过程中我们就打打缩短了制作周期，工厂的效率就提高了。
真空渗氮的另一个优点是可以得到没有化合物层但是有扩散层的表面组织，因为当我们把炉中的其他排出使真空炉内压力到达0.l33Pa（1×10-3Torr）后就可以形成，在此之外就是当在短时间带有活性物质的复合气体向钢中扩散形成的组织。形成的这种外层组织的耐热性、柔韧度等性能优异。因而对实施高温回火的热作模具，如用高速钢或4Cr4MoSiV（H13）钢制模具可以得到表面金属强度大、抗热冲击性好、韧性度高等性能。对精密齿轮的齿顶部位的精加工和部分在机械中应用于酸碱性环境的机械零件以及弹簧等都需要渗氮技术对其加以改进，这项技术的应用范围较广，与传统制造相比制作出的工件性能却提高了不少。
4、热处理的激光工艺
激光热处理，就是通过使用能量高集中得激光对产品工件的外表面进行加工，增加其表面硬度提高、耐磨性，让经过激光处理后的工件表面特性有了明显的提高。与传统的加工工艺相比，利用激光能量高，穿透性强的优势，在短时间内通过高能量的激光把工件加热到需要的温度，同时在产品奥体化后对其进行迅速淬火，这样一来，金属表面就会立刻硬化，运用这样的工艺处理的产品与其他的工艺处理的产品相比，拥有更加细密的金属层，使用寿命更长，抗磨损能力更高的特点。
这项激光热处理工艺主要运用在工件的局部区域，而且可以在同一台激光热处理机器上在同一表面同时对多个工件进行加工，一方面提高了制造周期，另一方面减少了购买设备的成本，针对传统工艺而言还减少了持续加热的步骤，减少了电力的损耗。
目前，热处理节能新工艺已经成为企业是否在行业中拥有核心竞争的标志。热处理对我国机械制造业振兴和发展具有重要的支撑作用，是企业形成自主核心技术、增强产品市场竞争力的重要手段，是实现我国从制造大国向制造强国转变必须突破的重要基础工艺。
参考文献：
[1]徐海滨，顾伟，王卫忠.浅析我国金属材料热处理节能新技术与应用[J].科技资讯，2013（1）：86.
[2]黄春峰，陈建民，王永明.先进金属热处理节能技术应用与发展[J].机械，2016（S1）：1-4，8.
[3]李建祥.金属材料与热处理[M].长沙：中南大学出版社，2013年.