探究金属材料热处理的影响因素
张艳
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张艳,. 探究金属材料热处理的影响因素[J]. 材料科学研究,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157005.
摘要: 目前,我国的各行各业发展迅速,我国十分重视环境保护和治理,诸多行业为了推进自身在新时期持续发展,都开始将注意力放在节能技术研究开发上,而工业生产制造对于热处理需求较大,如果继续使用以往技术对金属材料展开热处理,就可能导致工业生产制造行业在新时期被淘汰。
关键词: 金属材料;热处理;影响因素
DOI:10.12721/ccn.2021.157005
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引言

在新时期工业生产制造行业需要将重点放在节能新技术研发与推广应用上,这样才能促使工业生产制造行业在新时期得到持续发展。

1金属材料热处理技术的现状

1.1工艺落后、设备破旧

我国工业生产经过了几十年的发展,已经具有了一定的规模,并且在国内生产总值中占比越来越高。金属材料热处理行业也是如此,经历了快速发展。虽然我国的金属热处理已经有了一定成就,但与国际先进的金属热处理行业还是存在一些差距的。我国的金属热处理设备都是一些使用年限过久的机械,在对金属材料进行热处理时,经常会出现一些故障,并且与现在的节能设备相比,消耗能源太多,不能符合国家对相关行业制定的标准。在一些小型的金属制造厂,其生产设备更破旧。其中一些企业可能会为了减少成本而选择购买已经淘汰了的金属处理设备,不仅造成了巨大污染、资源浪费,最后生产的产品质量都得不到保障。这些已经被淘汰的破旧设备出现故障的可能性非常高,需要经常进行维修,而在维修中消耗的电力资源也是非常巨大的。在这些小型生产厂中,工艺水平也达不到标准,产生的污染也会更多,对环境造成了巨大破坏。

1.2能耗较大且利用率低

我国作为一个制造业大国,在工业中的能源消耗是非常多的,其中很大一部分都消耗在金属材料的热处理上。金属材料的热处理在工业能源消耗中占据很大的比例,这与一些先进国家相比是有较大差距的,大量的消耗使得能源更为紧缺,所以节能已经成为金属材料热处理的重要发展方向。在这方面要向一些发达国家学习,将我国金属热处理过程中六百千瓦时每吨的能耗降到世界平均水平。现如今要不断发展新技术,将能源消耗降下来,并且提升利用率,减轻对能源的浪费现象。只有将金属材料热处理技术存在的问题解决,才能真正的达到节省能源、提升利用率。

1.3生产废料过多,对环境造成严重污染

金属材料热处理后产生的废弃物过多也是存在的问题之一。在对金属材料热处理后,会有许多的废水、废渣等污染物出现,同时处理设备还会产生较大的噪音,这都给生态环境带来了很大的污染。如果再将这些废弃物随意排放,会造成更大的污染。尤其是产生的废水中,污染物多达九种之多,其中包括亚硝酸盐、SS、氯化钡等都具有较大污染危害。废气中也具有较多的污染气体。金属材料热处理过后各种废气废水都会给生态环境带来不可估量的危害,如果金属材料生产厂距离城市很近,还可能危害人们的健康。而在金属生产厂工作的员工在这样恶劣的条件下,也可能会出现各种疾病。金属材料热处理后带来的诸多影响已经威胁到了人们生存,所以要重视起来。

2金属材料热处理的优化

2.1热轧钢材新一代控轧控冷在线热处理技术

热轧钢材新一代控轧控冷在线热处理技术

2.1.1TMCP在线热处理技术

TMCP在线热处理技术对热轧钢铁材料的超快速冷却进行了进一步研究,以期能够优化材料强化机制,改善传统工艺技术、全生命周期评价体系,进而对钢材冷却实行全方位管控,且在此技术水平上,利用固溶、细晶、析出及相变等强化手段,实现在保持或提高材料塑韧性和使用性能的前提下,80%以上的热轧钢铁材料(含热带、中厚板、棒线材、H型钢、钢管)产品强度指标提高100~200MPa以上,或钢材主要合金元素用量节省30%以上,节约钢材使用量5%~10%;提高生产效率35%以上;节能贡献率10%~15%左右。

2.1.2TMCP核心装备技术

TMCP核心装备的基础条件亦即轧后超快速冷却系统的构建,该系统运行中,借助高效射流冲击作用将钢板与冷却水之间的汽膜破坏,以此来加快换热和核态沸腾换热,从而增强钢板冷却的均匀性。设备在实际应用中,对3~4mm厚的板带材冷却速度可达300~400℃,对20mm左右的中厚钢板冷速可达50℃/s,是控制钢材轧后的组织和性能强有力的手段。

2.1.3TMCP强化机制及组织调控方法

钢材热处理中会存在相变情况,相变又会对材料性能带来影响,所以在热处理研究及技术开发中,应对相变加以重视,根据连续冷却相变曲线数据,找出合理的管控模式,规划冷却路径,以改进生产质量。超快速冷却装置的应用为相变处理提供了可靠保障。其作用及功能为:①将超快速冷却应用到奥氏体区内,可避免奥氏体区再结晶情况的出现,减少晶粒粗化带来的影响,提高晶体细度,优化材料性能;②超快速冷却可对碳、氮化合物的析出展开科学管控,确保在低温状态下,铁元素相变或体区中析出离子的数量和质量,改善析出强化效果;③超快速冷却可对高温作用下存在的相变予以控制,从而降低相变中成本的支出,提高中低温环境下的相变效率,达到强化管理目标。总之,通过强化机制及科学调控措施的应用,可对钢材热处理相变进行有效的管控,提升最终产品的各项性能。

2.2激光技术

激光技术又被称为激光淬火技术,主要是指通过能源、密度及功率较高的激光,针对金属材料外表展开全面扫描,当金属材料外表温度上升到一定程度后,激光不再对金属材料进行扫描时就会产生热传导效果,促使金属材料处于自冷淬火状态,并在外表形成一层硬化结构,这样金属材料自身硬度就会比以往经过淬火处理的材料硬度更高,因激光技术具备一定穿透性能,可以彻底转变以往淬火技术无法触及的成分。在热处理全过程中材料基本不会出现变形情况,适合应用在汽车零件热处理中,如铸造板与发动机缸孔等,可以有效增加材料强度、硬度、抗磨损、抗高温及抗腐蚀等性能。因为利用激光技术对其展开处理时,能促使金属材料外表能量提升至200~10000kW,转变金属材料外表结构、成分及性能。而且激光技术能在较远距离完成快速传输,大幅提高金属材料热处理效果与效率,减少工业领域对于能源和电力的实际消耗,从而有效实现节能目的。

2.3合理挑选有效技术

针对金属材料展开热处理加工时,很多企业不会选择热处理技术,只是随意应用一种效果更加明显的热处理技术,但实际上不同的热处理技术具有不同的优势与特点,如果最终应用的热处理技术与材料性能不符,易出现各种问题。因此,开始进行热处理加工之前,需要根据材料性能与需求挑选相应技术,并在开始处理之前针对材料与技术契合度进行测试,这样便可提前确定产量性能与质量,还能有效降低因质量问题回厂加工的概率,从而切实达成节能与高效目的。

2.4调整以往所用材料

如今在我国大部分热处理加工制造厂中,基本都是使用正常材料进行加工,但这种材料自身性能较差,不具备隔热与导热等性能,在热处理加工时需要通过更多电力与能源开展热处理。但如果选用高性能材料进行热处理加工,便可节省更多加工时间,如陶瓷纤维等,能为企业节省更多加工成本。而且在热处理加工流程中,大部分企业没有安装回流设备,这样热处理产生气体不仅无法起到任何作用,还会对周围环境造成破坏与污染,因此可在其中安设回流装置,促使热处理产生气体流入燃烧炉中,这样热处理温度上升就无需耗费相应能源,以此实现金属材料热处理节能目标。

结语

传统的金属材料热处理设备、处理技术已经不能够符合现代的发展需求,所以新设备、新技术的应用已经不可阻挡。新技术也是未来金属制造行业以及工业的发展目标。新技术的应用不仅降低了能源的消耗,还减轻了对生态环境的污染,提升了金属产品的质量,为企业的未来发展打好了基础。

参考文献

[1]蒋超友.金属材料热处理节能新技术的运用研究[J].中国金属通报,2020(02):67-68.

[2]李世显,潘卫彬.关于金属材料热处理节能新技术的运用[J].中国设备工程,2019(09):86-87.

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