1.概述
jck(cc= R -:'%YHxX 在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中凡涉及機(jī)械制造的任何領(lǐng)域中，熱處理是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工藝之一。它是金屬材料在嚴(yán)格控制的加熱和冷卻條件下進(jìn)行處理，通過改變材料內(nèi)部的顯微組織來達(dá)到人們所要求的使用性能或服役壽命。具體的要求往往在下述方面：⑴軟化材料，改善成型性能，提高機(jī)加工效率和生產(chǎn)效率；⑵提高材料的強(qiáng)度和韌度，增加零部件的壽命；⑶在保證材料心部性能的同時(shí)提高工件的表面強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞性和耐蝕性等；⑷研制新型材料和針對已出現(xiàn)的特種材料通過熱處理方法獲得特殊的物理、化學(xué)性能以滿足醫(yī)療、宇航、生物、
光學(xué)、電子等領(lǐng)域中高要求的應(yīng)用；⑸改進(jìn)傳統(tǒng)材料的生產(chǎn)和處理，細(xì)化材料的組織，大大提高強(qiáng)度和韌度，充分發(fā)揮材料潛能，滿足愈來愈高的工業(yè)需要；⑹應(yīng)用物理和化學(xué)沉積方法使材料表面的性能發(fā)生質(zhì)的飛躍，滿足高速高精度加工的需要和高耐磨、耐蝕環(huán)境下的使用要求；⑺應(yīng)用納米技術(shù)、復(fù)合材料技術(shù)制造出特種性能的材料。
H<q|je}e 3dbaCusT $ 金屬制品和工件經(jīng)熱處理使其達(dá)到所要求的組織、性能和服役壽命，應(yīng)按精確生產(chǎn)方式來完成，即使其在精確可靠運(yùn)行的清潔設(shè)備中，按科學(xué)先進(jìn)的工藝方法，在嚴(yán)格的管理下去完成處理全過程，獲得分散度為零的高質(zhì)量水平。嚴(yán)格的管理包括工藝執(zhí)行管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管理、環(huán)保管理和人力資源管理等。這些管理項(xiàng)目在質(zhì)量保證體系和環(huán)保體系的認(rèn)證中規(guī)定十分明確。對一個(gè)投資企業(yè)，應(yīng)十分重視ISO9000，QS9000和ISO14000等的認(rèn)證。達(dá)到這些認(rèn)證，才能找到和確定企業(yè)和汽車、宇航航空、機(jī)械、化工、冶金、紡織、工
模具等方面領(lǐng)域的固定客戶，并爭取維持長期合作關(guān)系。
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跨入21世紀(jì)，人類對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，我國已把環(huán)保作為一項(xiàng)基本國策，并開始推進(jìn)清潔生產(chǎn)，要求施行綠色熱處理，生產(chǎn)清潔產(chǎn)品。施行綠色熱處理，最根本的是為了人類的可持續(xù)發(fā)展。世界環(huán)境和發(fā)展委員會在《我們共同的未來》報(bào)告中闡明“可持續(xù)發(fā)展”為“既滿足當(dāng)代人的需要，又不致?lián)p害子孫后代滿足其需要的能力的發(fā)展”。易于理解的是要我們做到自然資源的合理開發(fā)利用，同時(shí)做好自然資源的保護(hù)和環(huán)境的保護(hù)。對一個(gè)企業(yè)而言，要處理好發(fā)展與效益、發(fā)展與創(chuàng)新的關(guān)系，也要處理好發(fā)展與資源、發(fā)展與環(huán)境的關(guān)系。優(yōu)秀的企業(yè)家，要處理好這些關(guān)系，也一定要善于處理好這些關(guān)系。在處理中求得生存，求得效益，求得發(fā)展。
c /^:vTF PZ'|) 2 . 國內(nèi)外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備
FJ!`[.t1AU L;vglS=l; 2.1.國外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備的水平
p$x>I3C(\ No[9m_ 熱處理技術(shù)作為機(jī)械制造業(yè)中十分重要的基礎(chǔ)工藝技術(shù)之一，在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛。在充分發(fā)揮材料潛能，節(jié)約能源，進(jìn)行清潔生產(chǎn)和人類社會可持續(xù)發(fā)展上，熱處理技術(shù)的拓展是絕不能忽視的。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家都投入很多資金來發(fā)展這門技術(shù)。自1996年以來，美國、日本的歐洲的許多發(fā)達(dá)國家都先后制定21世紀(jì)熱處理技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)。美國熱處理工業(yè)2020年遠(yuǎn)景把目前和將來國外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備水平的目標(biāo)和主要標(biāo)志闡述得十分明確。
NKB["+S< h `O$L_Z 2.1.1 國外先進(jìn)熱處理技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)
TNN@G~@cm g@M5_I(W 國外熱處理技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量提高，節(jié)約能源，精確生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，國內(nèi)的發(fā)展必應(yīng)以此作為著眼點(diǎn)。這五個(gè)方面之間實(shí)際上是互相關(guān)聯(lián)和制約的。
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L 可持續(xù)發(fā)展中首先涉及環(huán)境，熱處理是與環(huán)境和能源密不可分。熱處理加工過程中應(yīng)用的生產(chǎn)物料和剩余物料很多可能都是致污染源。熱處理工作者要合理選用避免形成有害剩余物料的技術(shù)，對不得已產(chǎn)生的有害物質(zhì)須應(yīng)用先進(jìn)的無害化處理方法使有害剩余物料達(dá)到國家或國際上規(guī)定的安全排放標(biāo)準(zhǔn)，并研究開發(fā)再生和重復(fù)使用的方法。國外對之研究很多，當(dāng)然投資相當(dāng)大。
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k3>I' Ei+lVLoC 熱處理的能源消耗在機(jī)械制造企業(yè)中約占20～30％。上世紀(jì)90年代中期有調(diào)查我國每年用于熱處理的電能約86億度（約占總發(fā)電量的1％），全國熱處理營業(yè)額約50億人民幣。1996年美國熱處理用電總量為51億度，比我國低40.7％，而全國熱處理營業(yè)額為150億美元，按當(dāng)時(shí)匯率合計(jì)為1245億人民幣，是我國的24.9倍。由此可見，我國熱處理的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。因而，我國熱處理設(shè)備和現(xiàn)行熱處理工藝的改進(jìn)、完善和開發(fā)十分必要，節(jié)約能源的前景很大的。另外，我國機(jī)械工廠的熱處理用電費(fèi)用約占產(chǎn)品生產(chǎn)成本的40％，這當(dāng)然嚴(yán)重影響產(chǎn)品成本的降低。注意，電是二次能源，發(fā)電效率一般為30～40%，熱處理生產(chǎn)熱效率如達(dá)80％，則用電的綜合熱效率只有24％～32％。對利用一次能源天然氣的熱處理爐，加上煙道熱能利用，可使綜合熱效率達(dá)60％～65％。為此，在解決控制爐溫技術(shù)前提下，應(yīng)用天然氣使耗能下降，降低成本和提高生產(chǎn)效率十分有利。日本在這方面應(yīng)用較好。
Lk$Mfm5"M mC\<fo-u 熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的提高和精確生產(chǎn)過程，要涉及熱處理設(shè)備的質(zhì)量、可靠性和控制技術(shù)的提高以及熱處理產(chǎn)品的質(zhì)量重現(xiàn)性和產(chǎn)品性能的提高。熱處理設(shè)備的高指標(biāo)要求的實(shí)現(xiàn)是熱處理產(chǎn)品性能、變形等質(zhì)量分散度趨于零的重要前提。國外熱處理設(shè)備對熱處理全過程進(jìn)行工藝參數(shù)的全面控制，并正在向自動(dòng)化，集成化，柔性化和智能化的方向發(fā)展。在我國對上世紀(jì)60年代就應(yīng)用的可控氣氛熱處理，還僅在部分大型企業(yè)和少數(shù)專業(yè)廠使用。全國范圍看，可控氣氛爐和真空爐總共尚不到熱處理設(shè)備的5％，一些勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重和能耗大的設(shè)備仍占不少數(shù)量。許多熱處理企業(yè)還主要靠手工操作，尚未進(jìn)行碳勢的控制或只是初步的控制，淬火介質(zhì)也只是采用水和油（主要是機(jī)械油）兩種。在這種條件下，要提高產(chǎn)品質(zhì)量和進(jìn)行精確生產(chǎn)僅只是空話，這要求企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層予以充分考慮。
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N" 以上項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)和保證，自然就能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低和勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。
bJ"2|VNH( MNTVG&h 國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家正是這樣去規(guī)劃和努力的，我國也應(yīng)該向這些目標(biāo)奮進(jìn)。美國熱處理工業(yè)2020年的遠(yuǎn)景可以歸納描述如下：運(yùn)用最新的
CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）程序和熱處理數(shù)據(jù)庫，計(jì)算機(jī)模擬的仿真技術(shù)和精確控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對熱處理進(jìn)行高度柔性化和智能化的全面控制及系統(tǒng)管理。熱處理工業(yè)的目標(biāo)為：具有一流的熱處理質(zhì)量，質(zhì)量分散率為零；工藝周期縮短50％；熱處理工件畸變?yōu)榱悖粺崽幚砟茉蠢寐侍岣叩?0％；熱處理對環(huán)境影響減少到零；熱處理成本降低75％；取得高的生產(chǎn)率和利潤回報(bào)率；工作環(huán)境清潔，舒適和安全。其它還涉及：熱處理工人受到良好訓(xùn)練，掌握先進(jìn)技術(shù)和操作技能。政府為企業(yè)進(jìn)一步減輕負(fù)擔(dān)，刺激熱處理企業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，并鼓勵(lì)投資和銀行貸款。產(chǎn)、官、學(xué)、研和會（學(xué)會、協(xié)會）合作加快推進(jìn)先進(jìn)的熱處理技術(shù)。
R L]$" BdU .;_K 2.1.2 國外先進(jìn)熱處理技術(shù)主要標(biāo)志
l*w' O *& ]8rm{ 針對上述國外先進(jìn)熱處理發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，具體的發(fā)展主要標(biāo)志可概括為８個(gè)“少無” ：少無污染，少無畸變，少無分散，少無浪費(fèi)，少無氧化，少無脫碳，少無廢品和少無人工。這兒以下述四個(gè)方面對目前國外先進(jìn)熱處理水平予以論說。
CKFr9 bT{ ,|?#+O{ 2.1.2.1 清潔生產(chǎn)和零污染：熱處理生產(chǎn)有些會形起環(huán)境污染，主要是指生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水，廢渣，噪聲和電磁輻射等。先進(jìn)的熱處理技術(shù)應(yīng)采用清潔設(shè)備，對清潔材料進(jìn)行清潔工藝的生產(chǎn)。
i,Z-UA|f=T #hs&)6S f 真空設(shè)備，可控氣氛設(shè)備，離子滲設(shè)備，低NOx、SOx燃料燃燒設(shè)備，流態(tài)床設(shè)備等屬無污染清潔設(shè)備；N2和各種惰性氣體，聚合物淬火劑，無氟氯烴清洗溶劑，Al2O3和SiO2等流態(tài)床粒子（具備除塵條件）等材料屬清潔材料；真空處理，可控氣氛處理（盡可能減少CO2排放），屏蔽良好的感應(yīng)熱處理工藝屬清潔工藝；這樣，真空熱處理，低壓滲碳，等離子熱處理，高壓氣淬，真空清洗，三束（離子束、
激光束、電子束）熱處理，噴霧噴水淬火等顯然可屬少無污染的清潔熱處理技術(shù)。
F g):>];<9 qM 1ZCt 對氣體滲碳和用滲碳?xì)夥占影钡臍怏w碳氮共滲和氮碳共滲后排出的廢氣應(yīng)經(jīng)點(diǎn)燃后才可無害排放；離子滲硼中不可使用劇毒的B2H6（乙硼烷）；對鹽浴中不可使用受熱要分解產(chǎn)生氰根的黃血鹽和赤血鹽；對含碳酸鹽的鹽浴不可使用尿素或縮二脲，因?yàn)樗鼤磻?yīng)生成氰酸鹽，后分解為氰鹽。對含S和Li的氰酸鹽—碳酸鹽鹽浴可使氰化物保持在0.1～0.8%的低水平，處理零件的滲氮后性能良好，且處理周期縮短，這工藝在美、歐和日本應(yīng)用相當(dāng)多，法國HEF公司的SURSULF工藝及處理后進(jìn)入氧化鹽浴屬于這種技術(shù)，（我國的LT硫氮碳共滲法也是）。在氰酸鹽浴中添加有機(jī)聚合物melon也可將氰鹽含量降到2%～3%，其余大部分是無毒的氰酸鹽，法國HEF公司的德國Durferrit子公司（原屬Degussa公司）的Tufftride / Melonite / Tenifer / QPQ處理鹽浴屬于此類技術(shù)，（我國成都工具研究所的QPQ復(fù)合鹽浴處理也是）。清洗水中的氰含量已經(jīng)稀釋可無害排放。盡管如此，法、德和日本對這些工藝的無公害處理十分嚴(yán)格，并研究廢鹽的再生。對高速鋼刃具淬火仍采用的BaCl2鹽浴和含BaCl2廢水須經(jīng)無害化處理達(dá)標(biāo)后才允許排放，德國已采用專門技術(shù)和裝置來解決。
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