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1.金屬熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題
熱處理技術(shù)是機(jī)械制造技術(shù)的主要組成部分，是強(qiáng)化金屬材料、發(fā)揮其潛力的重要工藝措施，是保證和提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵因素。通過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚茏畲笙薅鹊匕l(fā)揮材料潛力，保證產(chǎn)品所要求的力學(xué)性能、工藝性能。目前我國機(jī)械工業(yè)的熱處理廠、點(diǎn)共約10 500個(gè)，職工總數(shù)近15萬人，加熱設(shè)備約11萬臺(tái)，年熱處理鋼件700噸，鑄件熱處理300噸，年產(chǎn)值50億元，年耗電85億千瓦時(shí)，熱處理生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量有了較大提高，為我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展提供了有力的支持。但和國外先進(jìn)熱處理技術(shù)相比，我國熱處理技術(shù)仍存在不小差距。
2．熱處理設(shè)備能耗大，能源利用率低
熱處理是通過加熱、保溫、冷卻來改變零件的內(nèi)部組織，從而達(dá)到改變其使用性能之目的。熱處理用電量約占機(jī)械制造業(yè)總用電量的25%~30%，是制造業(yè)中的耗能大戶。全國熱處理的平均單位電耗雖已由1978年的約1 600 kW•h/t下降到1 000 kW•h/t，主要工業(yè)城市及大中型企業(yè)約為500~800 kW•h/t，但和工業(yè)發(fā)達(dá)國家的水平相比，還存在著相當(dāng)大的差距。歐美國家熱處理平均單位電耗為300~450kW•h/t，而日本各種熱處理工藝平均單位電能消耗僅為323 kW•h/t。我國的熱處理消耗與日本、歐美的能耗指標(biāo)相比，要多2~3倍。
造成這種狀況的原因主要有:1）設(shè)備負(fù)荷率低。目前普遍存在大馬拉小車的現(xiàn)象，在裝不滿爐的條件下生產(chǎn)，由此造成的電能浪費(fèi)估計(jì)在40%以上；2）設(shè)備的有效利用率低。由于生產(chǎn)組織不當(dāng)，加熱設(shè)備不能連續(xù)工作，大量的時(shí)間和電能消耗在爐子升溫上；3）加熱設(shè)備的熱損失大。爐襯蓄熱量大，絕熱效果差，散熱嚴(yán)重；4）加熱過程中的無效消耗多。各種加熱爐的夾具、料盤設(shè)計(jì)不符合節(jié)能要求，尺寸過大，致使約10%~20%的電能被浪費(fèi)；5）工藝選擇不當(dāng)，加熱和保持時(shí)間的計(jì)算過于保守；6）操作人員節(jié)能意識(shí)差，尤其是交接班的情況下人為浪費(fèi)能源的現(xiàn)象嚴(yán)重；7）在管理上只注重完成生產(chǎn)任務(wù)，忽視了節(jié)能工作，企業(yè)內(nèi)部缺乏熱處理能源利用管理?xiàng)l例和有效的節(jié)能措施。
3．污染環(huán)境嚴(yán)重
熱處理生產(chǎn)屬于高溫作業(yè)，對(duì)環(huán)境的污染主要包括生產(chǎn)中產(chǎn)生和排放的廢氣、廢水、粉塵、廢渣、噪聲和電磁輻射等。全國有近2萬臺(tái)鹽浴爐，年消耗NaCl、BaCl2等中性鹽8×104t以上、活性鹽9000 t。每年揮發(fā)出的蒸氣中，中性鹽近6500 t，活性鹽700t，活性鹽成分中含劇毒、腐蝕性氣體；生產(chǎn)中大量使用的氣體滲碳、氣體滲氮及其它化學(xué)熱處理每年向空氣中排放千萬立方米數(shù)量級(jí)的CO2、殘氨等廢氣。全國年消耗淬火、回火油25000 t，其中1/3轉(zhuǎn)變?yōu)镃mHm、碳黑和煙塵；酸洗、發(fā)藍(lán)中硫酸、鹽酸、苛性堿的揮發(fā)物；工件表面油脂的燃燒，沒有清洗或清洗不良的工件，裝爐后表面油脂的蒸發(fā)和燃燒形成大量的煙氣，使工作場(chǎng)地和工廠周圍環(huán)境嚴(yán)重污染；另外，目前采用的燃燒脫脂法，如處理不當(dāng)，也會(huì)造成燃燒產(chǎn)物的大量外泄。全國的機(jī)械制造廠中估計(jì)現(xiàn)有5000余臺(tái)噴砂設(shè)備，每年約產(chǎn)生1萬余噸的SiO2和Al2O3粉塵，除部分粉塵被收集和沉淀外，有很大一部分散落在工作場(chǎng)地或成為飄塵散布到大氣中；
流態(tài)化粒子爐的石墨粉塵或氧化鋁粉塵、固體滲碳劑的炭粉塵和煤燃燒粉塵都會(huì)造成粉塵污染。在每年25000 t淬火油用量中約有1/3老化油要排除。這些油中含F(xiàn)e、Cr等自工件表面脫落的氧化物，工件自鹽中帶出的BaCl2、SO2-4、NO-、Cl-等有害和劇毒物質(zhì)；含鹽、尤其是含劇毒氰鹽的水和水基淬火介質(zhì)、發(fā)黑(發(fā)藍(lán)）或磷化的廢液以及含油脂和鹽的清洗廢液的直接排放；不經(jīng)處理的鹽渣和廢鹽隨意放置或埋藏，都會(huì)造成水質(zhì)污染。另外，噴砂機(jī)、噴丸機(jī)工作也會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和操作工人產(chǎn)生很大危害。
4．少無氧化熱處理設(shè)備普及程度低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重
熱處理中金屬零件在空氣中加熱時(shí)必然會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氧化和脫碳。一般估計(jì)，在空氣中加熱的氧化燒損為金屬本身重量的3%，加上一些產(chǎn)品需以切削加工方法除去表面脫碳層，氧化脫碳的損耗會(huì)達(dá)到3%~5%的程度。自“六•五”以來，我國熱處理行業(yè)一直將開發(fā)和推廣少無氧化、少無脫碳熱處理技術(shù)作為工作的重點(diǎn)。經(jīng)過多年的努力，到“九•五”末期，在汽車、機(jī)械基礎(chǔ)件、航空、兵器等一些行業(yè)，少無氧化加熱的比重已達(dá)70%以上，其中可控氣氛熱處理普及程度達(dá)50%，真空熱處理達(dá)10%左右。但從總體情況看，我國熱處理行業(yè)少無氧化加熱的比重平均只有30%，和工業(yè)發(fā)達(dá)國家的80%~90%以上相去甚遠(yuǎn)，每年由于熱處理氧化燒損和脫碳浪費(fèi)的優(yōu)質(zhì)鋼材達(dá)百萬噸以上。氧化、脫碳會(huì)破壞金屬制品的表面質(zhì)量，對(duì)于熱處理后直接使用的零件必然會(huì)嚴(yán)重降低其使用壽命。鋼絲和鋼帶的冷拔、冷軋需要預(yù)先施行酸浸，以除去表面的氧化皮，除惡化工作條件外還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。脫碳會(huì)明顯降低彈簧、齒輪、軸類零件的疲勞壽命，增加刃具、模具和摩擦零件的磨損，使其提前失效。而鋼的生產(chǎn)一般要經(jīng)過采礦、選礦、煉鐵、煉鋼、澆注、軋制等工序，鋼材在熱處理中的氧化燒損和脫碳造成資源、能源、人力等方面的巨大浪費(fèi)。
