1、背景　　

 

　　美國能源部工業(yè)技術(shù)局(DOE-OIT)于上世紀(jì)90年代樹立了一個(gè)被稱為“未來生產(chǎn)技術(shù)”的設(shè)想，為此提出一系列必須實(shí)現(xiàn)的技術(shù)項(xiàng)目。其目的是幫助美國大量使用能源和形成大量工業(yè)廢料的行業(yè)利用這些技術(shù)取得不斷進(jìn)步和保持競爭能力。熱處理雖然不算是“未來生產(chǎn)技術(shù)”計(jì)劃中的原本行業(yè)，但此領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)被公認(rèn)是主要能源用戶，對制造業(yè)發(fā)生實(shí)質(zhì)性的影響。　　

 

　　美國能源部和熱處理協(xié)會(huì)（HIS）Z近簽定了一個(gè)參加未來工業(yè)計(jì)劃的“合作伙伴”（Allied Partner)協(xié)議，其目的是通過“Z優(yōu)秀的實(shí)踐（best practices)”達(dá)到提高能源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率的效果。這些實(shí)踐的領(lǐng)域是控制和傳感技術(shù)、壓縮空氣、加熱工藝、工業(yè)技術(shù)信息的共享以及各種研發(fā)活動(dòng)。

 

　　2、 發(fā)展路線圖制定過程　　

 

　　美國金屬學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)成立于1994年，下設(shè)緊急需求（Immediate Needs)、研究開發(fā)、工藝和程控（Technology and Programming)、教育四個(gè)委員會(huì)。其宗旨是首先是在這些方面滿足會(huì)員要求，其次研發(fā)委員會(huì)的任務(wù)是確認(rèn)熱處理行業(yè)的未來技術(shù)需求，確立計(jì)劃、資金、實(shí)現(xiàn)滿足需求研發(fā)項(xiàng)目以及這些成果向工業(yè)生產(chǎn)推廣的機(jī)制。1995年和1996年緊急需求委員會(huì)在全行業(yè)的企劃中進(jìn)行了全面調(diào)查，列出一系列熱處理生產(chǎn)中緊急需求項(xiàng)目。1996年2月美國國會(huì)能源部、熱處理學(xué)會(huì)、金屬熱處理協(xié)會(huì)(Metal Treating Institute)召集了20名熱處理全能(captive)和專業(yè)(commercial)加工企業(yè)、制造業(yè)和銷售企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)討論并提出了美國熱處理2020年設(shè)想和遠(yuǎn)期目標(biāo)。有17名專家組成的熱處理學(xué)會(huì)研發(fā)委員會(huì)于1997年2月提出了熱處理技術(shù)發(fā)展路線圖初稿和三個(gè)領(lǐng)域，既設(shè)備和硬件材料、工藝和被處理材料、能源和環(huán)境方面的70個(gè)研發(fā)項(xiàng)目以及1999年的研發(fā)計(jì)劃。2002年7月熱處理學(xué)會(huì)研發(fā)委員會(huì)在依利諾依斯工業(yè)大學(xué)對路線圖進(jìn)行討論修改和補(bǔ)充。2004年公布了“熱處理學(xué)會(huì)的2004熱處理路線圖修訂稿”。　　

 

　　3、 美國熱處理2020年設(shè)想目標(biāo)　　

 

　　美國熱處理2020年設(shè)想目標(biāo)是能源消耗減少80%，工藝周期縮短50%，生產(chǎn)成本降低75%，熱處理實(shí)現(xiàn)零畸變和Z低的質(zhì)量分散度，加熱爐使用壽命提高到原先的10倍（增加9倍），加熱爐價(jià)格降低50%，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)零污染。

 

　　4、 組織實(shí)施措施　　

 

　　1999年9月在Worcester工業(yè)大學(xué)（Worcester Polytechnic Institute，簡稱WPI）的金屬加工學(xué)院成立了“熱處理杰出技術(shù)中心”（Center for Heat Treating Excellence，簡稱CHTE）。CHTE成立后不久在Illinois工業(yè)大學(xué)成立了“熱加工技術(shù)中心”（Thermal Processing Technology Center，簡稱TPTC）組織全行業(yè)的企業(yè)參與研發(fā)實(shí)現(xiàn)路線圖目標(biāo)和完成所提出的70余個(gè)研發(fā)項(xiàng)目。　　

　

　　5、 值得重視的研發(fā)項(xiàng)目　　

 

　　（1）利用地下水循環(huán)的感應(yīng)加熱淬火

 

　　＜500kW的感應(yīng)淬火利用地下水閉路循環(huán)冷卻，使用時(shí)用深井泵抽取底下水，后經(jīng)凈化處理再返回地下。目前密執(zhí)安州Alger市Roll Rite公司的一臺150kW的Ajax Tocco感應(yīng)淬火系統(tǒng)已經(jīng)采用此法，每日的費(fèi)用僅以美分計(jì)。　　

 

　　（2）強(qiáng)烈淬火工藝　　

 

　　烏克蘭科學(xué)院柯巴斯科院士開發(fā)的鋼件用水或鹽水劇烈冷卻淬火是表面形成殘余壓應(yīng)力并減少畸變的方法，已在美國獲準(zhǔn)以Intersi Quench服務(wù)商標(biāo)注冊了IQTechnologies Inc公司。由于以水代油，減少了油品消耗并顯著降低生產(chǎn)成本，受到美國能源部的重視和支持。　　

 

　　（3）1010℃以上溫度的高溫滲碳　　

 

　　真空滲碳技術(shù)的成熟和低壓滲碳技術(shù)的開發(fā)為實(shí)現(xiàn)高溫滲碳制造了條件。由于能顯著縮短滲碳周期和節(jié)省能源，此項(xiàng)目已列入路線圖研發(fā)計(jì)劃的“工藝和材料技術(shù)”分組計(jì)劃。WPI的CHTE推動(dòng)了工業(yè)企業(yè)和高校的合作、制造商和生產(chǎn)用戶的協(xié)同開發(fā)。

 

　　（4）Ni3Al金屬間化合物--新型爐內(nèi)抗?jié)B碳耐熱構(gòu)件材料

 

　　Ni3Al已問世約20年，因?yàn)楹艽啵L期未獲實(shí)際應(yīng)用。Oak Ridge國家實(shí)驗(yàn)室由Chain T. Liu領(lǐng)導(dǎo)的集體發(fā)現(xiàn)添加微量硼可顯著改善其塑性，可作為爐子料筐、夾具，Ni3Al材料為添加Cr、Zr、Mo、B的8%～11%Al，81%～88%Ni。此材料具有出色的強(qiáng)熱性、抗蠕變、抗?jié)B碳能力。Delphi-Saginaw Systems公司通過和能源部的合作研究與開發(fā)協(xié)議已在料盤上進(jìn)行了多年的成功試驗(yàn)。

 

　　（5）APM和APMT（更高強(qiáng)型APM合金）合金長壽命輻射管

 

　　瑞典Kanthal AB的Sadvik公司繼Kanthal AL電熱絲之后相繼開發(fā)出APM和APMT合金。此種材料仍然是在A-1粉末材料基礎(chǔ)上，通過熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing）和深拉延出來的。用APM合金制造的電熱和然氣輻射管比普通耐熱合金輻射管能經(jīng)受雙倍的熱流，925℃能經(jīng)受的熱流可達(dá)9～10kJ/