發布時間:2007-7-4 8:06:00
背景美國能源部工業技術局（doe-oit）於上世紀90年代樹立了乙個被稱作「未來生產技術」的設想，為此提出一系列必須實現的技術專案。其目的是幫助美國大量使用能源和形成大量工業廢料的行業利用這些技術取得不斷進步和保持國際競爭能力。熱處理雖然不算是「未來生產技術」計畫中的原本行業，但此領域內的企業被公認是主要能源使用者，對製造業發生實質性的影響。
美國能源部和熱處理學會（hts）最近簽訂了乙個參加未來工業計畫的「合作夥伴」（alliedpartner）協議，其目的是通過「最優秀的實踐（bestpractices）」達到提高能源利用率和勞動生產率的效果。這些實踐的領域是控制和感測技術、壓縮空氣、加熱公益、工業技術資訊的共享以及各種研發活動。
發展路線圖制訂過程
美國金屬學會熱處理學會成立於2023年，下設緊急需求（immediate needs）、研究開發、工藝和程式控制（technologyandprogramming）、教育四個委員會。其宗旨是首先是在這些方面滿足會員要求，其次研發委員會的任務是確認熱處理行業的未來技術需求，確立計畫、資金、實現滿足需求研發專案以及這些專案的成果向工業生產推廣的機制。1995和2023年緊急需求委員會在全行業的企劃中進行了全面調查，列出一系列熱處理生產中緊急需求專案。
2023年2月美國國家能源部、熱處理學會、金屬熱處理協會（metaltreating institute）召集了20名熱處理全能（captive）和專業（commercial）加工企業、製造業和銷售企業領導討論並提出了美國熱處理2023年設想和遠期目標。有17名專家組成的熱處理學會研發委員會於2023年2月提出了熱處理技術發展路線圖（heattreating technology roadmap）初稿和三個領域，即裝置和硬體材料、工藝和被處理材料、能源和環境方面的70個研發專案以及2023年的研發計畫。2023年7月熱處理學會研發委員會在依利諾依斯工業大學（illinois institute of technology）對路線圖進行討論修改和
補充。2023年公布了「熱處理學會的2004熱處理路線圖（heattreatingtechnologyroadmap-2004 hts revision）修訂稿」。
美國熱處理2023年設想目標
美國熱處理2023年設想目標是能源消耗減少80%，工藝週期縮短50%，生產成本降低75%，熱處理實現零畸變和最低的質量分散度，加熱爐使用壽命提高到原先的10倍（增加9倍），加熱爐**降低50%，實現生產零汙染。
組織實施措施
2023年9月在worcester工業大學（worcester polytechnic institute,簡稱wpi）的金屬加工學院（metalprocessinginstitute）成立了「熱處理傑出技術中心」（centerforheattreating excellence ,簡稱chte）。chte成立後不久在illinois工業大學（illinois instituteoftechnology）成立了「熱加工技術中心」（thermalprocessingtechnologycenter,簡稱tptc）。組織全行業的企業參與研發實現路線圖目標和完成所提出的70餘個研發專案。
值得重視的研發專案
（1）利用地下水迴圈的感應加熱淬火<500kw的感應淬火利用地下水閉路迴圈冷卻，使用時用深井幫浦抽取地下水，後經淨化處理再返回地下。目前密執安州alger市roll rite公司的一台150kw的ajax tocco感應淬火系統已採用此法，每日的費用僅以美分計。
（2），已在美國獲准以intensiquench服務商標註冊了iqtechnologiesinc公司。由於以水代油，減少了油品消耗並顯著降低生產成本，受到美國能源部的重視和支援。
（3）1010℃以上溫度的高溫滲碳真空滲碳技術的成熟和低壓滲碳技術的開發為實現高溫滲碳製造了條件。由於能顯著縮短滲碳週期和節約能源，此專案已列入路線圖研發計畫的「工藝和材料技術」分組計畫。wpi的chte推動了工業企業和高效的合作、製造商和生產使用者的協同開發。
（4）nial金屬間化合物－新型爐內抗滲碳耐熱構件材料nial已問世約20年，因為很脆，長期未獲實際應用。oak ridge國家實驗室由chain 領導的集體發現新增微量硼可明顯改善其塑性，可作為爐子料筐、夾具，nial材料成分為新增cr、zr、mo、b的8%～11%al,81%～88%ni。此材料具有出色的強熱性、抗蠕變、抗滲碳能力。
delphi-saginaw steering systems公司通過和能源部的合作研究與開發協議已在料盤上進行了數年的成功試驗。
（5）apm和apmt（更高強型apm合金）合金長壽命輻射管瑞典kanthalab的sadvik公司繼kanthal al電熱絲之後相繼開發出apm和apmt合金。此種材料仍然是在a-1粉末材料基礎上，通過熱等靜壓（hot isostatic pressing）和深拉延出來的。用apm合金製造的電熱和燃氣輻射管比普通耐熱合金輻射管能經受雙倍的熱流，925℃能經受的熱流可達9～10kj/m。
（6）爐用平面輻射板燃氣技術所（gas technology institute）開發的能砌入爐壁的平面輻射板（flat radiant panel），能增加輻射表面、降低表面溫度、延長爐子使用壽命，提高爐溫均勻性，減少爐襯、使爐子尺寸縮小50%，加快爐子公升溫和冷卻速度，形成的nox很少。
（7）反向迴圈單管封閉式輻射管（reverse annulus sigle-ended radiant tube）北美製造公司（north american 和燃氣研究所（gti）共同開發。熱輻射率高，用相同材料製造此種管能經受更高溫度、提高燃燒效率10%，減少50%的nox，使用壽命長。
（8）低nox燃氣強烈內迴圈（forcedintervalrecirculation）輻射管gti開發的u型輻射管延管長溫度均勻。當爐溫為1010℃，空氣遇熱溫度從455℃提高到了480℃時，產生的nox<0.008%（vol）。
而一般預熱空氣輻射管所產生的nox大0.02%～0.25%(vol)。
（9）直焰衝擊燃燒技術（direct flame impingement technology）使用多噴嘴平嵌入爐壁的高速燃燒器，噴射速度達到1馬赫（～330m/s）,可在空氣過剩係數α=1的條件下工作，提高能源利用率35%、減少70%的nox，提高生產率25%、減少50%的氧化燒損、有年節約1～1.5億美元的潛力。
（10）智慧型化感應淬火閉環控制系統（closed-loop control technology）利用神經網格系統控制原理，全面控制選材、相變、加熱工藝、滲層。所提供的軟體具有優化零件強度/重量比的功能，具有的主、被動電磁感測器能監控整個加熱過程中的透熱深度。
（11）預見鋼件滲碳淬火時的殘餘應力狀態的軟體。
（12）延長機器零件壽命殘餘應力狀態的dante軟體。
（13）準確預見鋼熱處理相變定量資料的軟體。
（14）工藝熱能評價的鑑定軟體（process heat assessment and survey tool ,phast）該軟體為美國能源部計畫專案，供使用者按不同燃燒方式和熱**引數進行熱能轉換的工具，可比較爐子在工作狀態下的效能，計算各種工作條件下的節能潛力。
（15）加熱爐能源分析工具（furnace energy analysis tool）可計算按小時、年度或每磅零件的燃料、電能消耗成本資料。
（16）能源有效利用分析軟體。
裝置和硬體材料部分研發專案
（1）工藝控制主要專案包括：①開發改進**工具，例如工藝設計、預見狀態、熱物理和力學效能**計算機模型。②開發適時過程控制技術，安裝在爐中和淬火槽中測量氣流、淬火烈度、碳、氮勢的靈巧感測器。
③開發在工件上適時直接測量表面含碳量的方法。④開發工藝引數無人監控的生產方法。⑤快速、無損、經濟、實施測量滲碳層深度的方法。
⑥用多種感測器和技術按ams規範（aerospace material specification）鑑別爐子的更優化系統。⑦更好的裝置故障診斷、預防、維護方法，如燒嘴裂紋**、防止爐內氣氛惡化。⑧建立標準/預見裝置易變可行性的研究，例如不可能有兩台完全一樣的爐子。
⑨**爐子幾何尺寸、風扇速度、裝爐量和裝爐形狀的模型。
（2）材料主要專案包括：①改進氧探頭的抗碳黑能力——開發能用於700℃以下的氧探頭。②新的功能材料（如絕熱材料）和結構材料（如在高溫下工作的結構材料）。
③爐用經濟耐熱構件材料。④提高爐子的耐熱構件合金效能，包括抗滲碳合金夾具、料盤的廉價塗層。
（3）硬體（裝置）主要專案包括：①高效（>80%）燃熱器。②高流速換熱器，高轉速風扇，增加傳熱面積等提高爐料受熱條件的措施。
③減少散熱的築爐廉價絕熱材料。④節能、無內氧化滲碳氣氛。⑤鋁合金淬火裝置的改進。
⑥整批（盤）爐料的均勻淬火系統。⑦淬冷裝置改良設計模型。⑧單件流動和機加工同步熱處理裝置。
⑨附加淬火工具機上的能適時感知淬火開裂的感測器。⑩廉價的殘餘應力非破壞檢測方法。○11更有效和更廉價的液態或非液態工作脫脂方法和裝置。
工藝和材料部分研發專案
（1）材料和工藝主要專案包括：①減少試驗、避免錯誤的設計感應器軟體工具。②抗晶粒長大的高溫（～1010℃）滲碳鋼。
③縮短滲氮週期的工藝。④改善感應、磁場、爐內加熱回火、時效工藝的減少質量分散度和縮短工藝週期。⑤減少加熱時間的快速加熱相變動力學。
⑥稀土元素對熱處理組織轉變的影響。⑦高效的表面改性工藝。⑧材料的深冷處理極限。
⑨聚合物、複合材料、新的鐵合金和非鐵合金等新材料的熱處理。⑩可替代滲碳的材料和工藝，控制淬透性鋼、強烈淬火。○11代替表面淬火的高效生產方法。
（2）材料應用軟體和模型資料庫主要專案包括：①材料選擇軟體：使用者輸入要求效能、輸出工藝和熱處理引數。
②材料失效（破壞）過程模型：輸入使用特性指標（磨損、載荷、腐蝕）、輸出材料的組織效能，反過來用於失效分析。
（3）模型的開發主要專案包括：①加熱、冷卻體積應變的相變模型。②加熱和冷卻相變的體積應變模型。
③連續加熱和冷卻相變資料庫，包括軋制變數、成分不均勻組織對相變的影響。④把相變模型匯聚為軟體工具。⑤把常溫效能轉化為高溫效能的資料庫。
⑥生產裝置使用不同介質測量介質和工件傳熱過程的探頭。⑦不同介質中冷卻的試驗工業標準。⑧滲碳、氮、高溫滲碳氣—固相作用的熱力學模型。
⑨預先冷卻、殘餘應力和效能關係的熱力學模型。⑩過程控制系統的適時控制系統的鏈結模型。○11形成有效均勻熱傳導的流體動力學的計算機模擬。
能源與環境部分的研發專案
（1）能源主要專案包括：①開發**低階熱的經濟方法，廢熱的收集和利用，例如工業熱和煙道熱。②高效熱傳導的加熱技術和裝置，例如能提高傳熱速度的等離子加熱。
③高溫熱**技術。④進一步開發可提高熱效率的富氧燃燒技術，例如流體薄膜技術。⑤收集熱處理裝置能源利用底線資料，用於確立未來節能標準數字。
⑥**加熱爐氣氛的方法。⑦積累熱、電與熱處理協調的先進技術。⑧開發高溫氣體迴圈系統，以改善加
熱爐效率，例如衝擊加熱法。⑨區域性加熱和表面淬火的節能新工藝。⑩熱處理裝置設計的標準化，以實現其通用性和減低設計費用。
（2）環境主要專案包括：①減少co、co和nox的燃燒技術和後處理技術。②清洗液的消除、減少和**利用，廢油和其他淬火介質的管理以及廢料的再生利用。
③代替鹽和油淬火的廉價方法，例如用水和惰性氣體。④用於低、中合金鋼件的廉價氣冷淬火技術，例如節約用氫的淬火技術。⑤自非液流中提出副產燃料，例如燃燒排放的氣體。
⑥可完全清除工件油跡的高效清洗技術。
公益事業部分的專案
主要專案包括：①熱處理衛生安全規定，例如避免火災、人身傷害的安全管理、工廠內部空氣質素、人機工程、鋇鹽和胺鹽以及其他有害物質的安全限量管理。②有關冶金基礎、爐子安全的人員培訓，課程的設定，需要培訓的人員。
③制定熱處理裝置發射有害物底線，以避免今後對環境的汙染。④設立熱處理裝置的能源利用率底線以備將來制定節能標準限度。
表面熱處理技術
通過對鋼件表面的加熱 冷卻而改變表層力學效能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨效能和抗疲勞效能。有些在工作時經受摩擦 表面容易磨損的零件，其表面應有抗磨損能力。有些工件在反覆彎曲的作用下工作，易產生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能...
車燈技術發展歷程
有些人，乙個眼神就能征服世界 有些車，僅需乙個 目光 就能震懾全場。在如今，燈光與汽車已經成為了密不可分的整體，燈光不僅僅成為了汽車的訊號語言，更成為了駕駛者自身修養的延展。燈光作為汽車在行駛中的語言，需要我們對它有足夠的重視，除了照明警示之外，車燈的功能還有很多，隨著科技的發展，車燈的裝飾作用和安...
熱處理技術培訓
前言一 什麼是熱處理 鋼的熱處理 就是將鋼件 固態的金屬和合金 在一定的介質中加熱 保溫和冷卻以改變其整體或表面的組織，從而獲得所需效能的一種工藝方法。零件用鋼 效能要求 熱工藝 組織 效能 簡述歷史上的熱處理 二 培訓的目的要求 學員應逐步掌握以下六條內容 1 在機械製造中，熱處理是影響產品內在質...