中外熱處理工藝現(xiàn)狀和趨勢(shì)
中國(guó)熱處理工藝現(xiàn)狀簡(jiǎn)介
熱處理是機(jī)械工業(yè)中的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工藝，對(duì)提高機(jī)械零件內(nèi)在質(zhì)量和使用壽命，加強(qiáng)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有舉足輕重的作用。但是人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)卻花了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間和很大的代價(jià)。由于熱處理影響的是產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，它一般不會(huì)改變制品的形狀，不會(huì)使人直觀地感到它的必要性，弄不好還會(huì)嚴(yán)重畸變和開裂；破壞制品的表面質(zhì)量和尺寸精度，致使制造過(guò)程前功盡棄。所以在我國(guó)的制造業(yè)中長(zhǎng)期存在著“重冷（冷加工）輕熱（熱加工）”現(xiàn)象，以致這個(gè)行業(yè)很長(zhǎng)時(shí)間處于落后狀態(tài)。而機(jī)械工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家特別注重?zé)崽幚砉に嚰夹g(shù)的研究和發(fā)展。
建國(guó)以來(lái)特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)的熱處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，現(xiàn)有熱處理生產(chǎn)企業(yè)、從業(yè)人數(shù)、設(shè)備數(shù)量和能力都有大大增長(zhǎng)。目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和某些熱處理新工藝、新技術(shù)研究方面，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距不大，但在熱處理生產(chǎn)工藝水平和熱處理設(shè)備方面卻存在著較大的差距，還沒(méi)有完全扭轉(zhuǎn)熱處理生產(chǎn)工藝和熱處理設(shè)備落后、工件氧化脫碳嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、能耗大、成本高、污染嚴(yán)重的局面。
目前在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)上大量應(yīng)用的還是常規(guī)熱處理工藝，今后仍將占有重要的地位和相當(dāng)大的比重，但正在日益改進(jìn)和不斷完善。要以少無(wú)氧化加熱、節(jié)能、無(wú)污染和微電子技術(shù)在熱處理中的應(yīng)用為重點(diǎn)，大力發(fā)展先進(jìn)的熱處理成套技術(shù)，利用現(xiàn)代高新技術(shù)對(duì)常規(guī)熱處理進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)熱處理設(shè)備的更新?lián)Q代，全面提高熱處理的工藝水平、裝備水平、管理水平和產(chǎn)品水平，這對(duì)于改變我國(guó)熱處理技術(shù)的落后面貌，趕上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平，將起到積極的促進(jìn)作用
中國(guó)熱處理工藝技術(shù)應(yīng)用還不十分廣泛，對(duì)熱處理工藝的重視程度還需要提高，特別從事熱處理工藝的人才的培養(yǎng)需要加大，現(xiàn)今熱處理專業(yè)比較冷淡，這些都需要做出大大的改善。另一方面，熱處理環(huán)境給人感覺(jué)臟亂差，熱處理工藝控制不夠嚴(yán)格，這些都阻礙了熱處理工藝的發(fā)展，同時(shí)阻礙了中國(guó)機(jī)械制造工藝的發(fā)展。
中國(guó)熱處理工藝行業(yè)、學(xué)術(shù)團(tuán)體
中國(guó)全國(guó)性的熱處理行業(yè)、學(xué)術(shù)團(tuán)體是中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)和中國(guó)熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)。
1.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)
英文名稱是CHINESE HEAT TREATMENT SOCIETY ，簡(jiǎn)稱CHTS。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)成立于1936年，下設(shè)29個(gè)專業(yè)學(xué)會(huì)和30個(gè)地方省市學(xué)會(huì)，是全國(guó)最大的學(xué)術(shù)團(tuán)體。熱處理學(xué)會(huì)成立于1963年，第一任理事長(zhǎng)是原上海交通大學(xué)副校長(zhǎng)、中科院院士、已故的周志宏教授。當(dāng)前是第八屆理事會(huì)。學(xué)會(huì)的宗旨是致力于學(xué)科發(fā)展和行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。學(xué)會(huì)下設(shè)學(xué)術(shù)，編輯出版、咨詢與培訓(xùn)，青年，周志宏獎(jiǎng)勵(lì)基金5個(gè)工作委員，物理冶金、化學(xué)熱處理、冷卻技術(shù)、可控氣氛熱處理、真空熱處理、典型零件熱處理，感應(yīng)熱處理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、高能密度熱處理、表面技術(shù)等11個(gè)技術(shù)委員會(huì)，學(xué)會(huì)的常設(shè)機(jī)構(gòu)是秘書處，掛靠在原機(jī)械工業(yè)部北京機(jī)電研究所。學(xué)會(huì)的主要任務(wù)是開展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流、編輯出版《金屬熱處理》、《金屬材料熱處理學(xué)報(bào)》、《中國(guó)熱處理技術(shù)通訊》等刊物，定期組織、編輯、出版《熱處理手冊(cè)》等專業(yè)工具書，教學(xué)用書、技術(shù)叢書、會(huì)議文集、定期舉辦國(guó)際展覽，組織繼續(xù)教育和培訓(xùn)，承擔(dān)工程項(xiàng)目的論證，評(píng)估、咨詢、科技成果鑒定，組織技術(shù)難題攻關(guān)、科技成果的宣傳推廣等。學(xué)會(huì)于1981年成為國(guó)際熱處理與表面工程聯(lián)合會(huì)（IFHTSE）成員，成功地舉辦了1983年IFHTSE的第三次國(guó)際大會(huì)（上海）、2004年第14次大會(huì)（上海）、1993年的第4屆國(guó)際熱處理討論會(huì)（北京）、2003年的國(guó)際淬火冷卻與畸變會(huì)議（北京）。學(xué)會(huì)的第三屆理事長(zhǎng)雷廷權(quán)院士曾被選擔(dān)任IFHTSE的第11屆執(zhí)委會(huì)（1994~1995）主席。
2.中國(guó)熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)
中國(guó)熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)的前身是中國(guó)機(jī)械工業(yè)工藝協(xié)會(huì)熱處理專業(yè)協(xié)會(huì)，成立于1986年7月。該協(xié)會(huì)成立的背景是政府主管部門為在政府和企業(yè)間架設(shè)橋梁，鞏固和發(fā)展專業(yè)化協(xié)作成果，改善企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，并為今后政府實(shí)行宏觀調(diào)控，協(xié)會(huì)（同業(yè)會(huì)）實(shí)行行業(yè)管理打基礎(chǔ)。因此，協(xié)會(huì)的會(huì)員是企業(yè)。
為了精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)和減少層次，機(jī)械部于1989年決定撤消工藝協(xié)會(huì)，建議原下屬的專業(yè)協(xié)會(huì)升格為一級(jí)協(xié)會(huì)。為此，經(jīng)民政部批準(zhǔn)，于1991年成立中國(guó)熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)。理事會(huì)是熱協(xié)的權(quán)力機(jī)構(gòu)，由會(huì)員代表大會(huì)選舉產(chǎn)生，秘書處是辦事機(jī)構(gòu)，設(shè)在北京機(jī)電研究所，協(xié)會(huì)的第一任理事長(zhǎng)是原機(jī)械工業(yè)部陸燕蓀副部長(zhǎng)。
熱協(xié)的主要任務(wù)是開展對(duì)企業(yè)基本情況的調(diào)查分析，制訂行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，為政府部門的決策提供建議。推動(dòng)行業(yè)間的橫向聯(lián)合和專業(yè)協(xié)作，為企業(yè)提供咨詢服務(wù)，提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)情報(bào)和市場(chǎng)信息，組織企業(yè)間的經(jīng)營(yíng)管理和生產(chǎn)技術(shù)改造的經(jīng)驗(yàn)交流，維護(hù)會(huì)員合法權(quán)益，排解和仲裁會(huì)員之間的經(jīng)濟(jì)糾紛、組織工人和技術(shù)人員培訓(xùn)，在會(huì)員單位中宣傳貫徹?zé)崽幚硇聵?biāo)準(zhǔn)，開展國(guó)際間信息交流和合作。
中國(guó)熱協(xié)下設(shè)經(jīng)營(yíng)管理、工藝裝備、工藝材料、教育培訓(xùn)、咨詢服務(wù)、對(duì)外聯(lián)絡(luò)6個(gè)工作委員會(huì)，按照理事會(huì)決議和秘書處的計(jì)劃開展各項(xiàng)活動(dòng)。
中國(guó)熱協(xié)編輯出版了《中國(guó)熱處理年鑒》多期《熱處理工作者通訊》和系列手冊(cè)、工具書等，和江西省科院物理所聯(lián)合舉辦《國(guó)外金屬熱處理》雜志、和熱處理學(xué)會(huì)、北京機(jī)電所、熱標(biāo)委會(huì)聯(lián)合舉辦《金屬熱處理》、《熱處理技術(shù)通訊》，組織制定“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”行業(yè)發(fā)展規(guī)劃、和學(xué)會(huì)聯(lián)合組織二年一次的北京熱處理國(guó)際展覽、多次組織會(huì)員單位和企業(yè)負(fù)責(zé)人赴歐、美、日本等熱處理技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家考察，每次都有很大收獲。
國(guó)外熱處理工藝現(xiàn)狀
（1）推廣應(yīng)用高壓氣冷淬火
國(guó)外的熱處理廠家非常重視熱處理過(guò)程中的冷卻。根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)和工藝要求，可進(jìn)行慢速卻、油淬冷卻、一次性氣淬冷卻等。快速氣氛循環(huán)冷卻采用向冷卻室噴射高壓氣體，由計(jì)算機(jī)控制流速和流量的變化，以達(dá)到在特定時(shí)間內(nèi)冷卻速度，從而實(shí)現(xiàn)熱處理過(guò)程中所要求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質(zhì)量。以前采用氣淬方式冷卻的淬火氣體有氮?dú)狻⒑獾龋F(xiàn)在用空氣強(qiáng)烈噴射，使工件在極快速度下冷卻，淬火后表面僅有極薄的氧化色膜，呈灰白色，零件色彩依然美觀，而節(jié)約大量氮?dú)夂投栊詺怏w，使熱處理成本進(jìn)一步下降。
真空低壓滲碳與高壓氣淬相結(jié)合是當(dāng)今一種先進(jìn)的滲碳淬火工藝，它具有滲碳速度快、碳化物組織優(yōu)良、淬火開裂和變形小、節(jié)約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質(zhì)量好、并有利于環(huán)保等特點(diǎn)。
（2）熱處理設(shè)備采用油冷
風(fēng)機(jī)冷卻、熱交換器冷卻、淬火油槽冷卻等所有需冷卻的裝置，全部采用油封式自冷，全面取代水冷循環(huán)系統(tǒng)，整個(gè)熱處理爐不用任何冷卻水。例如，熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)冷卻：將原水冷套進(jìn)出水管改用油管引出，接近風(fēng)機(jī)處放一個(gè)直徑為102mm的小油箱，油冷卻系統(tǒng)全封閉，當(dāng)風(fēng)機(jī)軸承有熱量增加時(shí)，被加熱的油比重小，自然向上浮起，引起油自然循環(huán)。在小油箱存油量和自然散熱的情況下，熱油被冷卻后又加入循環(huán)，達(dá)到在不耗油又不需要?jiǎng)恿Φ臈l件下完全取代水冷。淬火油槽板式換熱器中的水換成冷卻油，冷卻油受到熱油的熱交換而被升溫，油比重的變化引起冷卻油的自身循環(huán)，在爐頂?shù)挠拖渫饧由仙崞浜巷L(fēng)扇的作用，達(dá)到全油冷的效果，節(jié)約大量的冷卻水。
（3）滲氮爐上采用氫探頭
德國(guó)的Ipsen公司已應(yīng)用氫探頭和相應(yīng)的技術(shù)測(cè)控滲氮爐內(nèi)的氮?jiǎng)荩詫?duì)滲氮的爐氣氛進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)滲氮爐的現(xiàn)代化。
（4）燃?xì)廨椛涔?/span>
目前，歐洲的熱處理設(shè)備已大部分采用燃?xì)廨椛涔埽褂锰烊粴饧訜帷?/span>燃?xì)饧訜峒夹g(shù)和裝備在歐洲已十分成熟，天然氣燒嘴已有標(biāo)準(zhǔn)系列，由專業(yè)燒嘴廠制造供應(yīng)，并將燃?xì)廨椛涔艿膬?nèi)管由不銹鋼換成陶瓷，延長(zhǎng)使用壽命并提高功率。天然氣加熱提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本。
熱處理工藝趨勢(shì)
為促進(jìn)我國(guó)熱處理技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)全面了解熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和水平，掌握其發(fā)展趨勢(shì)，大力發(fā)展先進(jìn)的熱處理新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、降耗、無(wú)污染、低成本、專業(yè)化生產(chǎn)”，主要趨勢(shì)如下。
新的加熱源
在新的加熱源中，以高能率熱源最為引人注目。高能率熱處理在減小工件變形、獲得特殊組織性能和表面狀態(tài)方面具有很大的優(yōu)越性，可以提高工件表面的耐磨性、耐蝕性，延長(zhǎng)其使用壽命。高能率熱處理近年來(lái)發(fā)展很快，是金屬材料表面改性技術(shù)最活躍的領(lǐng)域之一，其中激光熱處理和離子注入表面改性技術(shù)在國(guó)外已進(jìn)入生產(chǎn)階段。我國(guó)一汽、二汽、西安內(nèi)燃機(jī)配件廠等單位，都已建立了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套的激光表面淬火生產(chǎn)線，但由于高能率熱處理的設(shè)備費(fèi)用昂貴等原因，目前我國(guó)尚未大量應(yīng)用，但其發(fā)展前景廣闊，今后將會(huì)成為很有前途的熱處理工藝。
新的加熱方式
在熱處理時(shí)實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化加熱，是減少金屬氧化損耗、保證工件表面質(zhì)量的必備條件，而采用真空和可控氣氛則是實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化加熱的主要途徑。在表面加熱方面，感應(yīng)加熱具有加熱速度快、工件表面氧化脫碳少、變形小、節(jié)能、公害小、生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)節(jié)能的表面加熱手段，主要用于工件的表面加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、表面質(zhì)量好、變形小、能耗低、無(wú)污
改進(jìn)原有的淬火介質(zhì)，采用新型淬火介質(zhì)
淬火介質(zhì)是實(shí)施淬火工藝過(guò)程的重要保證，對(duì)熱處理后工件的質(zhì)量影響很大。正確選擇和合理使用淬火介質(zhì)，可以減小工件變形，防止開裂，保證達(dá)到所要求的組織和性能。
在熱處理生產(chǎn)中，常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽類等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。如用油淬火，雖然對(duì)減小工件變形和開裂很有利，但對(duì)淬透性較差或尺寸較大的工件淬不硬，且油易老化，對(duì)周圍環(huán)境的污染大，有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。為此，要對(duì)原有淬火介質(zhì)的性能進(jìn)行改進(jìn)，并積極開發(fā)應(yīng)用冷卻速度介于水和油之間、并可根據(jù)需要調(diào)整冷卻速度，同時(shí)又經(jīng)濟(jì)、安全、無(wú)污染的新型淬火介質(zhì)。
無(wú)機(jī)物水溶液淬火劑和有機(jī)聚合物淬火劑是新型淬火介質(zhì)的發(fā)展重點(diǎn)，特別是有機(jī)聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用尤為引人注目，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)毒、無(wú)煙、無(wú)臭、無(wú)腐蝕、不燃燒、抗老化、使用安全可靠、且冷卻性能好、冷卻速度可調(diào)、適用范圍廣、工件淬硬均勻、可明顯減少淬火變形和開裂傾向。從提高工件質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、避免火災(zāi)和節(jié)能的角度考慮，有機(jī)聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢(shì)，是淬火介質(zhì)的主要發(fā)展方向，尤其是對(duì)于水淬開裂、變形大，油淬不硬的工件，采用有機(jī)聚合物淬火劑更是成功的選擇。目前，世界上應(yīng)用最多的是聚烷撐乙二醇(PAG類)淬火劑，它具有逆溶性，冷卻速度在鹽水和冷油之間，適用的淬火鋼種范圍廣，使用壽命長(zhǎng)。還有聚丙烯酸鹽(ACR類)淬火劑、聚氧化吡咯烷酮(PVP類)淬火劑和聚乙基惡唑啉(PEO類)淬火劑等，也獲得一定程度的應(yīng)用。
多年來(lái)，我國(guó)在淬火介質(zhì)的研究和應(yīng)用方面，做了大量的工作，取得了一定的成績(jī)，基本上滿足了熱處理生產(chǎn)的需要，但與國(guó)外的先進(jìn)水平相比差距很大，并落后于熱處理其它技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，是熱處理行業(yè)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，今后應(yīng)當(dāng)給予重視和加強(qiáng)。
改進(jìn)老的淬火方法，采用新的淬火方法
為了使工件實(shí)現(xiàn)理想的冷卻，獲得最佳的淬火效果，除根據(jù)工件所用的材料、技術(shù)要求、服役條件等，來(lái)合理選用淬火介質(zhì)外，還需不斷改進(jìn)現(xiàn)有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高壓氣冷淬火法、強(qiáng)烈淬火法、流態(tài)床冷卻淬火法、水空氣混合劑冷卻法、沸騰水淬火法、熱油淬火法、深冷處理法等，均能改善淬火介質(zhì)的冷卻性能，使工件冷卻均勻，獲得很好的淬硬效果，有效地減少工件的變形和開裂。
新材料與熱處理工藝的緊密結(jié)合
低碳馬氏體是低碳低合金鋼經(jīng)強(qiáng)烈淬火急冷后得到的一種顯微組織結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年來(lái)，我國(guó)開展了低碳馬氏體及其應(yīng)用研究工作，取得了很大的成績(jī)。例如，低碳馬氏體的強(qiáng)度比中碳調(diào)質(zhì)鋼高1/3以上，且綜合性能良好，用來(lái)代替某些中碳調(diào)質(zhì)鋼(如高強(qiáng)度螺栓等)，可使構(gòu)件重量成倍減輕；低碳馬氏體還具有很高的耐磨性能，可用來(lái)制造某些要求耐磨性好的零件(如拖拉機(jī)履帶板等)。總之，低碳馬氏體在石油、煤炭、鐵道、汽車、拖拉機(jī)等部門應(yīng)用廣泛，收到了提高性能、減輕重量、延長(zhǎng)使用壽命、簡(jiǎn)化工藝、節(jié)約能源、節(jié)約合金元素、降低成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
貝氏體鋼能夠空冷自硬，并將冶金熱加工工序與產(chǎn)品成型制造工序相連接，具有良好的強(qiáng)韌性配合、生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、污染少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而引起廣泛的重視。至今國(guó)際上空冷貝氏體鋼系列有兩類：一類是以英國(guó)P.B.Pickering為首于50年代發(fā)明的MO-B系貝氏體鋼，但因鉬的價(jià)格昂貴而使其發(fā)展受到限制；另一類是以我國(guó)清華大學(xué)方鴻生教授為首于70年代初期發(fā)明的MN-B系貝氏體鋼，現(xiàn)己發(fā)展有低碳、中低碳、中碳、中高碳系列十多個(gè)鋼種，應(yīng)用到耐磨鋼球、襯板、齒板、沖擊錘、刮板、截齒、離心鑄管、汽車前軸、連桿、液壓支架等，取得了很好的技術(shù)效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，成為貝氏體鋼發(fā)展的重要方向。目前我國(guó)MN-B系貝氏體鋼己達(dá)到年產(chǎn)15萬(wàn)噸的規(guī)模，在“九五”末期將達(dá)到70萬(wàn)噸/年，占到全國(guó)特殊鋼產(chǎn)量的5%～10%。
大連鐵道學(xué)院戚正風(fēng)教授等研制成功無(wú)萊氏體高速鋼，其合金元素與一般高速鋼相同，碳含量則降低到鋼水凝固時(shí)不形成共晶碳化物(萊氏體)、而又能在淬火回火后整體具有足夠的強(qiáng)度、韌性與硬度的水平。這種鋼加工成刀具后，通過(guò)滲碳，使表層得到≥70HRC的高硬度和600℃4次回火后仍能保持 67HRC的紅硬性，同時(shí)得到55HRC高強(qiáng)韌性的心部，可使刀具使用壽命提高幾倍。
70年代我國(guó)與美國(guó)、芬蘭等國(guó)家同時(shí)研制成功A-B球鐵，并獲得了實(shí)際應(yīng)用，由于A-B球鐵既具有較高的強(qiáng)度和硬度，又具有良好的塑性和韌性，因而被廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的齒輪、連桿、軸類等結(jié)構(gòu)件以及礦山磨球、錘頭等耐磨零件。80年代以后，國(guó)內(nèi)外又從A-B球鐵化學(xué)成分與熱處理工藝兩個(gè)方面深入進(jìn)行研究。前者通過(guò)提高合金成份來(lái)得到鑄態(tài)A-B球鐵，以期取消成本高、工效低的等溫淬火工藝；后者則努力完善熱處理工藝，提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平，以提高生產(chǎn)效率。
熱處理的節(jié)能和環(huán)保
熱處理是機(jī)械制造業(yè)中耗能最多的工藝之一，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，熱處理生產(chǎn)成本的25%～40%是能源成本。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的熱處理設(shè)備中，電爐約占90%，裝機(jī)總?cè)萘考s為600萬(wàn)KW，熱處理的年用電量近90億KW.H。由于我國(guó)的熱處理工藝和設(shè)備比較落后，能源利用率低，熱處理能耗水平為500～1000KW.H/T，比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家多2～3倍，因此節(jié)能的潛力很大。熱處理節(jié)能的途徑主要有：(1) 在熱處理工藝方面，改進(jìn)老工藝，推廣應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能新工藝；(2)在熱處理設(shè)備方面，改造或淘汰耗能高的落后設(shè)備，發(fā)展新型高效節(jié)能的新設(shè)備；(3)在生產(chǎn)組織管理方面，合理組織熱處理的批量生產(chǎn)，力求集中和連續(xù)性生產(chǎn)，不斷提高熱處理的專業(yè)化生產(chǎn)水平。而搞好熱處理，努力提高熱處理質(zhì)量，延長(zhǎng)工件的使用壽命，則是最大的節(jié)能。
開發(fā)和推廣應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼，是80年代熱處理節(jié)能技術(shù)的一項(xiàng)重大進(jìn)展。應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼，不僅能顯著節(jié)能，而且減少了生產(chǎn)工序，節(jié)省了材料消耗，降低了成本，還可避免淬火時(shí)帶來(lái)的變形和開裂，提高了工件的質(zhì)量和使用壽命。目前，非調(diào)質(zhì)鋼多用于取代調(diào)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，今后的發(fā)展趨勢(shì)是用非調(diào)質(zhì)強(qiáng)韌鋼來(lái)取代調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，進(jìn)一步擴(kuò)大非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用范圍。
熱處理生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染很大，包括排出的廢氣、廢水、廢液、廢渣、粉塵、噪聲、電磁輻射等，且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，其危害也日益嚴(yán)重。研究和采用無(wú)污染、無(wú)公害的熱處理技術(shù)，并對(duì)排放的有害物質(zhì)進(jìn)行有效控制和綜合治理，是消除熱處理污染的主要措施。
1989年聯(lián)合國(guó)環(huán)境署決定在全世界推行清潔生產(chǎn)技術(shù)。所謂清潔生產(chǎn)技術(shù)，就是通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的綜合防治，減少?gòu)U棄物產(chǎn)生，最大限度地保護(hù)自然環(huán)境和利用自然資源，即選取清潔的原料，采用清潔的工藝，實(shí)現(xiàn)清潔的生產(chǎn)過(guò)程，制造出清潔的產(chǎn)品。日本東京金屬技術(shù)研究所金武典夫博士通過(guò)分析引起全球性的溫室效應(yīng)、空氣污染、酸雨等對(duì)環(huán)境造成的影響，提出了一種“節(jié)能-高效-環(huán)保型熱處理”的綜合體系，它包括了預(yù)處理、熱處理、后處理、技術(shù)保證體系和環(huán)境管理體系，而其關(guān)鍵是將高新技術(shù)應(yīng)用于熱處理生產(chǎn)中。我國(guó)已把環(huán)境保護(hù)作為一項(xiàng)基本國(guó)策，并從1992年開始推進(jìn)清潔生產(chǎn)技術(shù)。根據(jù)清潔生產(chǎn)技術(shù)的要求，我國(guó)現(xiàn)階段熱處理生產(chǎn)的主要控制目標(biāo)應(yīng)是少無(wú)污染、少無(wú)氧化和節(jié)能，并應(yīng)把真空熱處理和可控氣氛熱處理作為熱處理行業(yè)“九五”期間重點(diǎn)推廣應(yīng)用的清潔生產(chǎn)技術(shù)。
多參數(shù)熱處理和復(fù)合熱處理工藝
傳統(tǒng)的熱處理，就主要控制的參數(shù)而言，多為常壓下的溫度時(shí)間兩個(gè)參數(shù)的熱處理；就工藝方式而言，多為單一的熱處理。這樣熱處理的效果也只能是單一化。為此，要大力發(fā)展多參數(shù)熱處理和復(fù)合熱處理工藝。
1多參數(shù)熱處理
1.1真空熱處理
這是一種附加壓力的多參數(shù)熱處理。它具有無(wú)氧化、無(wú)脫碳、工件表面光亮、變形小、無(wú)污染、節(jié)能、自動(dòng)化程度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展最快的熱處理新技術(shù)之一，特別是在進(jìn)行材料表面改性方面獲得了很大的進(jìn)展，許多新近開發(fā)的先進(jìn)熱處理技術(shù)，如真空高壓氣淬、真空化學(xué)熱處理等，也需在真空下方能實(shí)施。采用真空熱處理技術(shù)可使結(jié)構(gòu)材料、工模具的質(zhì)量和使用壽命得到大幅度的提高，尤其適合于一些精密零件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，真空熱處理的比例已達(dá)到20%左右，而我國(guó)目前約有真空熱處理爐1200臺(tái)，占熱處理爐總數(shù)的1%左右，與國(guó)外的差距很大。預(yù)計(jì)今后隨著熱處理行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和對(duì)熱處理工件質(zhì)量要求的越來(lái)越高，真空熱處理將會(huì)有較大的發(fā)展。
1.2化學(xué)熱處理
這是一種附加成分的多參數(shù)熱處理。普通化學(xué)熱處理，如滲碳、碳氮共滲、碳氮硼共滲等，分別屬于附加單成分、雙成分和三成分的多參數(shù)熱處理。近年來(lái)，又發(fā)展了許多利用新技術(shù)的新型化學(xué)熱處理，如真空化學(xué)熱處理，流態(tài)床化學(xué)熱處理、離子滲金屬、離子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨損及耐腐蝕等使用性能。稀土在化學(xué)熱處理中的應(yīng)用(即與稀土共滲)，能顯著提高滲速，縮短處理周期，并可提高滲層的耐磨性和耐腐蝕性，這是我國(guó)的一大特色。此外，固溶化學(xué)熱處理也是一個(gè)值得注意的動(dòng)向，內(nèi)蒙農(nóng)機(jī)研究所黃建洪等人開發(fā)了含氮馬氏體化處理(N*M處理)工藝，這是第一個(gè)以獲得固溶N的含氮馬氏體為目的的滲氮工藝，已成功地應(yīng)用于剪毛機(jī)刀片生產(chǎn)。
1.3.形變熱處理
這是一種附加應(yīng)力的多參數(shù)熱處理。采用壓力加工和熱處理相結(jié)合的工藝，把形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化結(jié)合起來(lái)，使材料達(dá)到成型與復(fù)合強(qiáng)化的雙重目的。形變熱處理能提高材料的綜合力學(xué)性能，并可以簡(jiǎn)化工序，利用余熱，節(jié)約能源及材料消耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。形變熱處理的應(yīng)用廣泛，從結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼到高速鋼都適用。目前工業(yè)上應(yīng)用最多的是鍛造余熱淬火和控制軋制。美國(guó)采用控制軋制來(lái)生產(chǎn)高硬度裝甲鋼板，可提高抗彈性能。我國(guó)兵器工業(yè)系統(tǒng)開展了火炮、炮彈零件熱模鍛余熱淬火、炮管旋轉(zhuǎn)精鍛形變熱處理、槍彈鋼芯斜軋余熱淬火等試驗(yàn)研究，取得了很好的效果。
2復(fù)合熱處理
復(fù)合熱處理是將兩種或兩種以上的熱處理工藝復(fù)合，或?qū)崽幚砼c其它加工工藝復(fù)合，這樣就能得到參與組合的幾種工藝的綜合效果，使工件獲得優(yōu)良的性能，并節(jié)約能源，降低成本，提高生產(chǎn)效率。如滲氮與高頻淬火的復(fù)合、淬火與滲硫的復(fù)合、滲硼與粉末冶金燒結(jié)工藝的復(fù)合等。前述的鍛造余熱淬火和控制軋制也屬于復(fù)合熱處理，它們分別是鍛造與熱處理的復(fù)合、軋制與熱處理的復(fù)合。還有一些新的復(fù)合表面處理技術(shù)，如激光加熱與化學(xué)氣相沉積(CVD)、離子注入與物理氣相沉積(PVD)、物理化學(xué)氣相沉積(PCVD)等，均具有顯著的表面改性效果，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用也日益增多。
需要指出的是，復(fù)合熱處理并不是幾種單一熱處理工藝的簡(jiǎn)單疊加，而是要根據(jù)工件使用性能的要求和每一種熱處理工藝的特點(diǎn)將它們有機(jī)地組合在一起，以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短、相得益彰的目的。例如，由于各種熱處理工藝的處理溫度不同，就需要考慮參加組合的熱處理工藝的先后順序，避免后道工序?qū)η暗拦ば虻牡窒饔谩?/span>
熱處理生產(chǎn)的自動(dòng)化和專業(yè)化
電子計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助選材(CAMS)、熱處理事務(wù)辦公自動(dòng)化(OA)、熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)等，它為熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程的自動(dòng)控制、質(zhì)量檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析等，提供了先進(jìn)的工具和手段。計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用，最初主要用于熱處理工藝程序和工藝參數(shù)(溫度、時(shí)間、氣氛、壓力、流量等)的控制，現(xiàn)在也用于熱處理設(shè)備、生產(chǎn)線和熱處理車間的自動(dòng)控制和生產(chǎn)管理，還有的用計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱處理工藝、熱處理設(shè)備、熱處理車間設(shè)計(jì)中的各種計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在熱處理中引入計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)熱處理生產(chǎn)的自動(dòng)化，保證熱處理工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的再現(xiàn)性，并使熱處理設(shè)備向高效、低成本、柔性化和智能化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用國(guó)外已十分普遍，例如，日本一家摩托車廠的熱處理車間，有連續(xù)式滲碳爐、周期式滲碳爐、連續(xù)軟氮化爐等共37臺(tái)設(shè)備，從開始送料，到最終產(chǎn)品檢驗(yàn)，全部由計(jì)算機(jī)控制，每班只需要三個(gè)人操作，一人在計(jì)算機(jī)室內(nèi)負(fù)責(zé)全部生產(chǎn)、技術(shù)和質(zhì)量管理，一人在現(xiàn)場(chǎng)巡回檢查，一人負(fù)責(zé)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，生產(chǎn)效率極高。我國(guó)在熱處理行業(yè)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)還是近十多年的事情，目前國(guó)內(nèi)研制生產(chǎn)的熱處設(shè)備已越來(lái)越多地引入了微機(jī)控制，極大地提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。在熱處理工藝過(guò)程的實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)學(xué)模型的開發(fā)應(yīng)用等方面，也取得了一定的成績(jī)。
機(jī)器人在熱處理中的應(yīng)用，可以有效地改善工人的勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前主要是用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)裝卸料。由于熱處理的生產(chǎn)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度較大，也由于熱處理生產(chǎn)向自動(dòng)化、集成化、柔性化的方向發(fā)展，因此，今后機(jī)器人在熱處理生產(chǎn)中的應(yīng)用將日趨增多。
專業(yè)化生產(chǎn)是現(xiàn)代工業(yè)的基本特征之一，也是促進(jìn)熱處理行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一種重要手段。目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的熱處理專業(yè)化程度已達(dá)到80%以上，而且工業(yè)越是發(fā)達(dá)的國(guó)家，其專業(yè)化水平也越高，而我國(guó)只有20%左右。即使這些為數(shù)不多的熱處理專業(yè)廠，也由于組織管理不善，設(shè)備利用率較低，新技術(shù)、新工藝采用不多，熱處理標(biāo)準(zhǔn)貫徹執(zhí)行不夠，能耗較高，產(chǎn)品質(zhì)量較差。
因此，今后要有目的、有重點(diǎn)地扶持一批有條件的熱處理廠和車間，使其成為熱處理專業(yè)廠和協(xié)作點(diǎn)。對(duì)熱處理專業(yè)廠要進(jìn)一步加強(qiáng)管理，積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化組織生產(chǎn)，形成技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和服務(wù)上的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮專業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)越性。此外，熱處理工藝材料，如各種淬火介質(zhì)、滲劑、保護(hù)涂料、清洗劑、加熱鹽、保護(hù)氣氛和可控氣氛的氣源等，也要固定生產(chǎn)單位，進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，不斷提高質(zhì)量和擴(kuò)大品種，并盡可能實(shí)現(xiàn)規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
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