美國(guó)熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的啟發(fā)

1、第 35卷 第 1期 2010年1月Vol 135No 11January 2010美國(guó)熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的啟發(fā)樊東黎(北京機(jī)電研究所 , 北京 100083En li ghtenm en t from US hea t trea t m en t technology road mapF AN Dong 2li(Beijing Research I nstitute ofM echanical &Electrical Technol ogy, Beijing 100083, China 中圖分類(lèi)號(hào) :T 201; TG15 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :C 文章編號(hào) :025426051(2010

2、 0120023206收稿日期 :2009212211作者簡(jiǎn)介 :樊東黎 (1934 , 男 , 山西定襄人 , 教授級(jí)高工 , 中國(guó)熱處理 學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事長(zhǎng) , 中國(guó)熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)榮譽(yù)理事 , 全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技 術(shù)委員會(huì)顧問(wèn)。1 主要特點(diǎn)美國(guó) 能 源 部 (DOE 、 金 屬 學(xué) 會(huì) 的 熱 處 理 學(xué) 會(huì) (AS M 2HTS 和熱處理協(xié)會(huì) (HTI 從 1997年開(kāi)始花了 7年時(shí)間的籌備123, 于 2004理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖 (heat treating technol update 22004HTS revisi on 428, 理的 生 產(chǎn) 技 術(shù) 水 平 以 線(xiàn) 圖 初 稿 (19

3、97 企業(yè) (r oadmap workshop 的 。 ,注重節(jié)能減排 , 力求設(shè)備升級(jí)更新 , 強(qiáng)化質(zhì)量管理 , 重 視材料配件 、 傳感器等硬件開(kāi)發(fā) , 對(duì)加熱和冷卻的傳熱 學(xué) 、 熱處理工藝 、 應(yīng)力與畸變的模擬 、 能源管理軟件等 的開(kāi)發(fā)予以重點(diǎn)投入 , 熱衷于標(biāo)準(zhǔn)的制訂 、 人員培訓(xùn)等 公益事業(yè) 。 總之 , 這個(gè)路線(xiàn)圖是針對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)技 術(shù)水平 , 集技術(shù)和管理 、 生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng) 、 硬件和軟件 、 工藝 基礎(chǔ)和人才資源建設(shè)于一體的全面發(fā)展的考慮 , 是受 到政府資助 、 民間協(xié)同 、 全面籌劃 、 有目標(biāo) 、 有計(jì)劃 、 有 措施 、 有步驟 、 有檢查 、 有評(píng)價(jià) 、 有小結(jié)

4、 、 貫徹始終的長(zhǎng) 遠(yuǎn)部署 , 是一個(gè)很值得尋味 、 研究和借鑒的行業(yè)發(fā)展的 遠(yuǎn)景規(guī)劃 。 111 瞄準(zhǔn)生產(chǎn)實(shí)際美國(guó)金屬學(xué)會(huì)的熱處理學(xué)會(huì)在 1995年成立了一個(gè)緊急需求委員會(huì) (i m mediate needs comm itee 1, 其 任務(wù)是調(diào)查搜集熱處理企業(yè)迫切要求解決的生產(chǎn)難 題 , 并尋求解決這些問(wèn)題的辦法 。該委員會(huì)根據(jù)調(diào)查 結(jié)果 , 當(dāng)年就列出了一個(gè)熱處理行業(yè)緊急需求的項(xiàng)目 表 。 學(xué)會(huì)的研發(fā)委員會(huì) (R &D co mm ittee 在此基礎(chǔ)上提出了 1996及設(shè)想的 2, 即節(jié)約 80%的能源 75%, 熱處理爐 1050%, 熱處理件零 , 企業(yè)利潤(rùn)率保持 25

5、%以上 , 和用 10年以上的固定協(xié)作關(guān)系 , 熱處理生產(chǎn)零排 放 , 爐襯厚度減少一半 , 隔熱能力提高一倍 。 1997年 熱處理 學(xué) 會(huì) 提 出 的 路 線(xiàn) 圖 初 稿 叫 做 Heat Treating Technol ogy Roadmap Workshop2, 可見(jiàn)路線(xiàn)圖面向生產(chǎn)實(shí)際的強(qiáng)烈針對(duì)性 。20世紀(jì) 90年代初美國(guó)政府推出了一個(gè) I ndustry of the future 的 “ 未來(lái)工業(yè) ” 計(jì)劃 , 其目的是針對(duì)大量耗能的工業(yè)部門(mén) , 使其盡量采用先進(jìn)技術(shù)和有效管理措 施以大量降低能耗 。 熱處理行業(yè)雖由于規(guī)模小未能進(jìn) 入 “ 未來(lái)工業(yè)計(jì)劃 ” 的主體 , 但作為一

6、個(gè)耗能相對(duì)大的部門(mén)也被能源部 (DOE 列入未來(lái)工業(yè)計(jì)劃的 A llied Partner (協(xié)作伙伴 地位4, 從而產(chǎn)生了由政府資助的熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃 。 由此可以洞悉路 線(xiàn)圖出臺(tái)的背景完全是出于振興生產(chǎn)技術(shù)和節(jié)能減排 的動(dòng)機(jī) 。路線(xiàn)圖包含 4個(gè)方面的研發(fā)推廣項(xiàng)目 , 諸如工藝 和材料技術(shù) (p r ocess and materials technol ogy 、 設(shè)備和 硬件材料 (equi pment and hardware materials 、 能源和 環(huán)境技術(shù) (energy and envir onment technol ogy 以及公 益事 業(yè) (insti

7、tuti onal initiatives 類(lèi) 別 的 70余 項(xiàng) 課 題528, 都是從生產(chǎn)實(shí)際需要出發(fā) , 而且其成果一旦在生產(chǎn)應(yīng)用大多能預(yù)見(jiàn)和產(chǎn)生立竿見(jiàn)影的效果 。 112 注重節(jié)能減排作為 “ 未來(lái)工業(yè)計(jì)劃 ” 的協(xié)作伙伴 , 美國(guó)制定路線(xiàn) 圖的主要出發(fā)點(diǎn)無(wú)疑是節(jié)約能源 。路線(xiàn)圖 2020年要 達(dá)到的第一目標(biāo)就是節(jié)約能源 80%?？梢?jiàn)提高能源 24 第 35卷利用率的受重視程度 。其他目標(biāo)中的縮短工藝周期 、 提高爐襯耐火隔熱材料性能 、 減少爐壁厚度也都是為 了降低能源消耗 。在路線(xiàn)圖能源和環(huán)境一類(lèi)研發(fā)推廣項(xiàng)目中特別提 出回收低級(jí)熱 (l ow grade heat 的廉價(jià)技術(shù) ,

8、可消除重 復(fù)加熱或減少重復(fù)加熱次數(shù)的工藝 , 高溫可控氣氛再 循環(huán)系統(tǒng) 、 富氧燃燒技術(shù) 、 高于 1010 的快速滲碳 、 縮 短冗長(zhǎng)的滲氮周期 、 高傳熱技術(shù)和設(shè)備 、 高溫晶粒長(zhǎng)大 不敏感的滲碳鋼 、 熱處理設(shè)備能源利用統(tǒng)計(jì)分析軟件 、 各種熱處理能源管理軟件等 。美國(guó)在 2020目標(biāo)中也特別提出熱處理加熱的溫 室氣體和污染物排放要達(dá)到零的程度 。 在關(guān)于環(huán)境一 類(lèi)研發(fā)項(xiàng)目中列出了零件清洗 、 脫脂無(wú)污染方法和用 劑 、 無(wú)污染液態(tài)淬火介質(zhì) 、 經(jīng)濟(jì)有效的控制和治理污染 廢料的方法等 。113 設(shè)備更新升級(jí)美國(guó)路線(xiàn)圖也特別看重?zé)崽幚碓O(shè)備的更新 、 , 在 2020格低廉的問(wèn)題 ,的大類(lèi)

9、。 、 燃燒器結(jié) 構(gòu)的改進(jìn) 、 、 長(zhǎng)壽命工裝夾 具耐熱合金的研發(fā) 、 爐子的耐火絕熱新材料和耐熱構(gòu) 件材料 、 金屬間化合物耐高溫結(jié)構(gòu)材料 、 耐 1200 以 上高溫的電阻發(fā)熱體和輻射管材料 、 用 U 形輻射管代 替直形管 、 用陶瓷管代替金屬管 , 改進(jìn)發(fā)熱體形狀 、 改 進(jìn)耐高溫風(fēng)扇材料 、 快速加熱技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)推廣 、 加熱爐溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)分布的模擬 , 各種來(lái)源設(shè)備的 比較和合理選擇設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù) 。114 傳感技術(shù)和傳感器為實(shí)現(xiàn)熱處理件質(zhì)量的適時(shí)精確控制 , 逐步減少 產(chǎn)品質(zhì)量分散度最終在 2020年實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的零分散度 目標(biāo) , 保證 100%產(chǎn)品合格率 , 路線(xiàn)圖提出了研發(fā)和

10、改 進(jìn)各種工藝過(guò)程控制的傳感器和器械機(jī)構(gòu) , 諸如能抵 抗沉積碳的氧探頭 、 在工件上能直接 、 實(shí)時(shí)測(cè)控碳濃度 的傳感器 、 控制多種化學(xué)和物理性能輸入的傳感器 、 定 量積分控制算法傳感器 、 滲碳層實(shí)時(shí)控制傳感器 、 可計(jì) 算熱傳導(dǎo)的實(shí)時(shí)淬火傳感器 、 測(cè)量零件淬火冷卻傳熱 過(guò)程的探頭 、 實(shí)時(shí)傳感器得益的評(píng)估等項(xiàng)目 。115 力求縮小熱處理件質(zhì)量的分散度路線(xiàn)圖的 2020目標(biāo)中要把熱處理件質(zhì)量分散度 縮小到最低 (零 程度 , 要把零件熱處理畸變減到最小 (接近零 。所依賴(lài)的措施是精確的過(guò)程控制和傳感 器 、 加熱爐溫度精確度和均勻度 、 爐氣碳勢(shì) 、 氮?jiǎng)菥鶆?度和嚴(yán)格控制程度 、

11、鋼的相變動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù) , 熱處理 數(shù)據(jù)庫(kù) 、 鋼淬火效果預(yù)測(cè)軟件 、 熱處理二維 、 三維殘余 應(yīng)力狀態(tài)預(yù)測(cè)分析 、 鋼件熱處理畸變預(yù)測(cè)等手段 。除 控制熱處理件質(zhì)量分散度技術(shù)外 , 還依賴(lài)科學(xué)的質(zhì)量 管理措施 , 如統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制 (statistical p r ocess contr ol 方法 , 通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不斷尋找出影響質(zhì)量分散度的各 種因素 , 加以嚴(yán)格控制工藝參數(shù) , 使質(zhì)量分散度的高斯 分布曲線(xiàn)逐漸變狹 , 使每一爐次不同料盤(pán)部位裝載的 零件以及不同爐次零件的質(zhì)量分散度都能控制在很窄 的范圍內(nèi) 。116 注重工藝 、 相變過(guò)程 、 組織與性能模擬和數(shù)據(jù)庫(kù) 開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖 3個(gè)方面

12、的研發(fā)推廣項(xiàng)目中計(jì)算機(jī)模擬軟 件和數(shù)據(jù)庫(kù)占很大分量 ,命分析軟件 , 、 溫度和時(shí)間對(duì)應(yīng) , 合金連續(xù) , , 材 , 應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)庫(kù) , 加熱和冷卻熱傳 , 材料物理 、 電磁 、 力學(xué)性能 、 氣相和氣 2固 相 反應(yīng) 、 擴(kuò)散和化學(xué)勢(shì)動(dòng)力學(xué)常數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù) , 零件感應(yīng)加熱 電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)模擬 , 相變體積變化和熱應(yīng)變引起的 應(yīng)力場(chǎng)和畸變等 。117 為實(shí)現(xiàn) 2020目標(biāo)的公益性事項(xiàng) 8美國(guó) 熱 處 理 學(xué) 會(huì) R &D 委 員 會(huì) 公 益 事 業(yè) (instituti onal initiatives 分組修訂了路線(xiàn)圖中的非技術(shù) 性研究項(xiàng)目 。 其中心內(nèi)容是為實(shí)現(xiàn) 2020設(shè)想所有

13、目 標(biāo)而必須做的另外一些事情 。為修訂 1997年的路線(xiàn)圖初稿 , 學(xué)會(huì) R &D 委員會(huì) 對(duì)原始文本中的每個(gè)研發(fā)項(xiàng)目都重新做了研討 , 合并 了類(lèi)似的項(xiàng)目 , 取消了一些項(xiàng)目 , 補(bǔ)充了一些項(xiàng)目 , 對(duì) 每個(gè)項(xiàng)目都做了容易理解的命題 。 在修訂后的路線(xiàn)圖 中委員會(huì)分組搜集了一些不屬于研究型的項(xiàng)目 , 將其 單列 , 被稱(chēng)作公益 (事業(yè) 項(xiàng)目 。其中包括安全和衛(wèi) 生 、 技術(shù)培訓(xùn) 、 排放底線(xiàn)數(shù)據(jù) 、 能耗底線(xiàn)等 , 雖不是技術(shù) 性研究課題 , 但都是實(shí)現(xiàn) 2020(visi on 2020 設(shè)想的關(guān) 鍵事項(xiàng) 。除以上所列范圍的公益事項(xiàng)外 , 在 2020設(shè)想文本 中還確定了另外一些非

14、研究性事項(xiàng) , 諸如通用標(biāo)準(zhǔn) (gl obal standards 、 對(duì)員工要求 (e mp l oyees 、 誤解的修 正 (t ort refor m 和獲利可能性 (p r ofitability 。路線(xiàn)圖修訂后確立的公益事業(yè)項(xiàng)目有 :1 確立熱處理的安全衛(wèi)生事項(xiàng) , 諸如減少失火 、 員工吸入有害氣體 (ingesti on 和受到傷害 (injuries 等 危害 , 廠內(nèi)空氣質(zhì)量 , 人機(jī)工程 (ergonom ics , 鋇 、 胺和 其他有害物的安全限值 。 第 1期 樊東黎 :美國(guó)熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的啟發(fā) 252 有關(guān)冶金學(xué)基礎(chǔ) 、 爐子安全等方面的熱處理人 員培訓(xùn)和認(rèn)

15、定 , 確定當(dāng)前需要設(shè)立哪些課程和哪些人 需要填補(bǔ)差距 。3 設(shè)立熱處理設(shè)備的排放底線(xiàn) , 用于確定未來(lái)的 排放基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和建立最切實(shí)可行的實(shí)施方案 。4 編制熱處理設(shè)備能源消耗底線(xiàn)數(shù)據(jù) , 用于建立 未來(lái)的節(jié)能基準(zhǔn)和確定切實(shí)可行的實(shí)施方法 。118 路線(xiàn)圖對(duì)企業(yè)的預(yù)見(jiàn)效果在美國(guó)路線(xiàn)圖的 2020目標(biāo)中曾提出過(guò)熱處理加 工企業(yè) (co mmercial heat treat m ent p lant, 我國(guó)通常叫 “ 專(zhuān)業(yè)廠 ” 生產(chǎn)成本降低 75%, 利潤(rùn)率保持 25%以 上 , 和用戶(hù)保持 10年以上的協(xié)作關(guān)系 , 都是對(duì)企業(yè)的 生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和嚴(yán)格管理要求產(chǎn)生的直接效果 2。 20年生產(chǎn)成本

16、降低 75%是一個(gè)很可觀的數(shù)字 。降低 成本的直接效果是高利潤(rùn)率的保持和進(jìn)一步的提高 。 實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就要依靠減少占生產(chǎn)成本很大比例的能源 消耗 , 可見(jiàn)減少 80%本措施 。率和設(shè)備自動(dòng)化程度 、 減少人工關(guān)系 , 設(shè)備的高可靠性 , 保證設(shè) 備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的維護(hù)保養(yǎng) (停產(chǎn) 縮 至最小程度 , 合理選擇設(shè)備 , 合理裝爐 , 合理組織調(diào)度 生產(chǎn)都是必不可少的組織管理措施 。 和用戶(hù)保持長(zhǎng)期 友好合作關(guān)系必須依靠?jī)?yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量 、 先進(jìn)的生產(chǎn) 技術(shù) 、 優(yōu)秀的服務(wù)和有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格來(lái)保證 。因此降 低成本也是價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力和贏得客戶(hù)的極為重要的 條件 。 這些措施在路線(xiàn)圖各方面的研發(fā) 、 推廣 、

17、公益項(xiàng) 目中都有充分體現(xiàn) 。2 對(duì)路線(xiàn)圖的剖析美國(guó)熱處理學(xué)會(huì)緊急需求委員會(huì)從 1995年開(kāi)始 的調(diào)查和 1997年 R &D 委員會(huì)提出的 Heat Treating Technol ogy Road map Workshop 的報(bào)告到 2004年正式 發(fā)表的路線(xiàn)圖修訂稿 (Roadmap Update 22004 , 共經(jīng)歷 了近 10年時(shí)間 。從 2004年到 2008年近 5年中 Heat Treating Pr ogress 雜志又逐年詳細(xì)報(bào)道路線(xiàn)圖執(zhí)行進(jìn) 展情況和執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 。 可見(jiàn)這個(gè)路線(xiàn)圖的 提出不僅是極其慎重 、 頗具匠心 , 而且是仔細(xì)安排實(shí) 施 , 認(rèn)真貫

18、徹執(zhí)行的 。 對(duì)路線(xiàn)圖的制訂 、 部署 、 修訂 、 執(zhí) 行 、 檢查 、 研發(fā)成果評(píng)價(jià)等步驟的剖析有助于深層次的 理解 、 借鑒和參考 。211 有政府的強(qiáng)勁后盾路線(xiàn)圖從籌劃到出臺(tái)部署都有能源部工業(yè)技術(shù)局(DOE 2O I T 的參與 , 且決定把熱處理行業(yè)納入“ 未來(lái) 工業(yè) ” (industry of the future 計(jì)劃的伙伴關(guān)系 (allied partner , 在路線(xiàn)圖列出的三大類(lèi) 70余種研發(fā)推廣項(xiàng) 目和公益事項(xiàng)大都由為實(shí)施路線(xiàn)圖于 1999年特別成 立的 “ 熱處理高技術(shù)中心 ” (center of the heat treating excellence 和“ 熱加

19、工技術(shù)中心 ” (ther mal p r ocessing technol ogy center 承擔(dān) , 這些項(xiàng)目都得到政府的資助 。 熱處理學(xué)會(huì)要定期向 DOE 匯報(bào)項(xiàng)目完成和企業(yè)受益 情況 , 并每年進(jìn)行檢查 。212 民間的積極性美國(guó)金屬學(xué)會(huì)的熱處理學(xué)會(huì) (AS M 2HTS 和熱處 理協(xié)會(huì) (HTI 都是民間團(tuán)體 , 其執(zhí)行委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)成員 大多是熱處理企業(yè)老板 , 19962月 HTS 召集的討論 ( 座談會(huì)有 20名全 ( 熱處理加工企 業(yè) , 一致倡議提出熱 設(shè)想和目標(biāo) 2, 9。17名專(zhuān)家組成的熱處理學(xué)會(huì) R &D 委員會(huì)于 1997年 2月提出了熱處理 (工廠 技術(shù)

20、發(fā)展路線(xiàn)圖初 稿和設(shè)備與硬件材料 、 工藝和材料技術(shù)以及能源與環(huán) 境 3個(gè)領(lǐng)域的 70余個(gè)研發(fā)項(xiàng)目和 1999年的研發(fā)計(jì) 劃 。 由此可見(jiàn)路線(xiàn)圖首先是由民間的熱處理企業(yè)發(fā) 起 , 由于此舉符合國(guó)家的節(jié)能減排方針自然而然地隨 后得到政府的有力支持 。美國(guó)熱處理行業(yè)民間對(duì)路線(xiàn)圖的制訂和貫徹有很 大積極性是因?yàn)槠湄瀼睾蛯?shí)現(xiàn)對(duì)熱處理生產(chǎn)企業(yè)和國(guó) 家都有很大利益 。這些利益可以充分體現(xiàn)在 2020設(shè) 想的鼓舞人心的目標(biāo)中 。 國(guó)家能從熱處理行業(yè)獲得節(jié) 能 (80% 和減排 (零排放 功效 , 企業(yè)可以大幅度降低 生產(chǎn)成本 (75% , 穩(wěn)定保持 25%以上的利潤(rùn) 。213 明確具體的措施為完成路線(xiàn)圖中的

21、多項(xiàng)研發(fā)推廣項(xiàng)目 , 1999年 9月 在 渥 切 斯 特 工 業(yè) 大 學(xué) (worcester polytechnic institute 的金屬加工學(xué)院 (Metal Pr ocessing I nstitute 成立了 “ 熱處理高新 (杰出 技術(shù)中心 ” (center of heat treating excellence 10, 簡(jiǎn)稱(chēng) CHTE, 隨后又在伊利諾伊 理工學(xué)院 (illinois institute of technol ogy 成立了“ 熱加 工 技 術(shù) 中 心 ” (ther mal p r ocessing technol ogy center 11, 簡(jiǎn)稱(chēng) T

22、PT C 。CHTE 是在中心成員支持下建立的為實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)圖 目標(biāo)的行業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu) , 由能源部和民間企業(yè)提供研發(fā) 資金 。 其主要研究方向是降低能耗 , 減少污染 , 減少?gòu)U 品和返修品 , 控制生產(chǎn)成本 , 全面促進(jìn)熱處理行業(yè)生產(chǎn) 技術(shù)進(jìn)步和繁榮 。 其研究重點(diǎn)在于持續(xù)發(fā)展所需的基 26 第 35卷礎(chǔ)性項(xiàng)目和行業(yè)的最關(guān)鍵需求 , 諸如先進(jìn)有效的傳感 技術(shù)和傳感器以及各種工藝效果預(yù)測(cè)工具 , 以實(shí)現(xiàn)生 產(chǎn)過(guò)程的精確控制和持續(xù)降低成本 。CHTE 設(shè)在麻省的 Worcester 市 , 是渥切斯特工業(yè) 大學(xué) (W P I 金屬加工學(xué)院 (MP I 的眾多中心之一 。它 在某種意義上是一個(gè)“ 虛設(shè)

23、” 的名義上的中心 。其工 作依賴(lài)于流動(dòng)的學(xué)校自身員工 、 研究生和其他高校 (W P I 、 康涅狄格工大學(xué) 、 西北大學(xué)等 人員的合作 , 是 在 AS M 、 HTI 和 CHTE 工業(yè)會(huì)員支持下組建的研究基 地 (acade m ic home , 行業(yè)研究人員 、 科學(xué)家和工程師 在此為建立熱處理未來(lái)的知識(shí)庫(kù)和技術(shù)儲(chǔ)備而工作 , 更重要的是培養(yǎng)未來(lái)的科技人才和工程師 。CHTE 的創(chuàng)始會(huì)員 、 Hought on I nternati onal 的技術(shù) 副總裁 Joe W archol 說(shuō) :熱處理早就是一門(mén)重要技術(shù) , 它是不能用規(guī)模來(lái)評(píng)價(jià)的 。 CHTE 力求把熱處理 推向更科學(xué)

24、 , 對(duì)企業(yè)更有幫助 , 其技術(shù)被廣泛應(yīng)用 、 接 受和認(rèn)可 , 依賴(lài)開(kāi)發(fā)更精確的熱處理技術(shù) ,大的發(fā)展前景 。 CHTE積累了更多的工業(yè)知識(shí) , ,進(jìn)技術(shù)成果 , 。他還 說(shuō) :我們相信 , 對(duì) 每個(gè) 工業(yè)、 政府、 學(xué)術(shù)、 經(jīng)濟(jì) 和環(huán)境。 我們將繼續(xù)推動(dòng)完成此計(jì)劃所列的每件事情。 1999年成立的熱加工技術(shù)中心 (TPTC 宗旨一是 配合實(shí)施熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖 , 二是培訓(xùn)人員以充 實(shí)人力資源 。其財(cái)政支持主要來(lái)源于 TPT C 會(huì)員單 位 、 伊利諾伊州政府和 Illinois 工業(yè)大學(xué) (II T , 也得到 CHTE 、 國(guó)家科學(xué)基金會(huì) (nati onal science fou

25、ndati on, NSF 、 A li on Science and Technol ogy 和許多工業(yè)企業(yè)的 資助 , 一些大型實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備 , 諸如熱力模擬試驗(yàn)機(jī) Gleeble 23500、 Jeol 掃描電鏡 、 Phili p s 透射電鏡 、 Ther mo 2 AR lx 衍射儀都是 M r 1Charles Finkl 和 A 1Finkl 及其子 公司捐贈(zèng)的 。TPTC 由企業(yè)成員代表組成的“ 工業(yè)顧問(wèn)委員會(huì) ” (industrial advis ory board, I A B 來(lái)管理和運(yùn)作 。 會(huì)員企 業(yè)向 TPT C 研究室提出項(xiàng)目建議 , 由 TPTC 向 I A

26、 B 提出 列項(xiàng)申請(qǐng) , I A B 批準(zhǔn)列項(xiàng)和落實(shí)經(jīng)費(fèi)后即可開(kāi)展研究 。 若研究項(xiàng)目和內(nèi)容對(duì)一個(gè)或多個(gè)企業(yè)有益 , 就會(huì)被接 受和有經(jīng)費(fèi)保證 。 TPT C 鼓勵(lì)企業(yè)會(huì)員參加定期召開(kāi) 的研究計(jì)劃會(huì)議 , 以便于企業(yè)和科研人員間的溝通和 取得一致意見(jiàn) 。TPTC 設(shè)有 4個(gè)研究室 , 聘有 2名高級(jí)研究助理 , 有 14名研究生參與研究 , 還設(shè)有一個(gè)為期 112月的 訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者研究班 。 所有的研發(fā)項(xiàng)目都包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)和 計(jì)算機(jī) 研 究 兩 方 面 。 TPT C 的 研 究 生 結(jié) 業(yè) 后 曾 被 Ladish 、 Bodycote 、 GK N 和 Borg 2W arner 諸熱處理加工著

27、 名大企業(yè)所雇用 。TPTC 每年組織一次專(zhuān)題討論會(huì)或熱處理行業(yè)關(guān) 注話(huà)題的研討會(huì) 。 2002年會(huì)議主題是 H13模具鋼熱 處理工藝建模和模擬 。 2003年組織了一次關(guān)于高壓 氣冷淬火工藝的討論會(huì) , 參加者有 100余人 。TPTC 研發(fā)計(jì)劃中的項(xiàng)目都針對(duì)熱處理和熱加工 的未來(lái) , 研究方向都集中在減少能源消耗 、 提高效率 、 保證質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本上 。我國(guó)有些熱處理專(zhuān)家和學(xué)者作為訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者曾參與 了 CHTE 和 TPT C 的研發(fā)工作 。CHTE 和 TPT C和 2020, 也是體現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研 2。 它既提出了 20余年后要實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)遠(yuǎn) 目標(biāo) , 也提出了為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)要開(kāi)展的中 、

28、長(zhǎng)期研發(fā) 項(xiàng)目 , 其中包括一系列節(jié)能減排新技術(shù) , 除了科研 、 技 術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目外 , 作為保證實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)圖的配套措施 , 建立 了兩個(gè)動(dòng)員全行業(yè)參與的產(chǎn)學(xué)研研發(fā)中心 , 最后還提 出了旨在提高生產(chǎn)管理水平 、 開(kāi)發(fā)人力資源和進(jìn)行基 礎(chǔ)建設(shè)的非研究性的公益項(xiàng)目 , 并號(hào)召民間團(tuán)體和企 業(yè)積極參與到規(guī)劃項(xiàng)目中來(lái) , 共同參與 , 共同享受研發(fā) 成果 , 大家在生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的提高上都能 得到好處 。為了修訂 1997年路線(xiàn)圖初稿 , HTS 的 R &D 委員 會(huì)對(duì)原始文本的每個(gè)研發(fā)項(xiàng)目都重新做了認(rèn)真考慮 。 合并了類(lèi)似的項(xiàng)目 , 取消了迫切性不足的項(xiàng)目 , 還補(bǔ)充 了一些重要的

29、新項(xiàng)目 。 特別應(yīng)留意的是在修訂后的路 線(xiàn)圖中 , 分委員會(huì) (sub 2comm ittee 搜集了一些不屬于 科研型的項(xiàng)目 , 將其單列作為一個(gè)獨(dú)立部分 , 被稱(chēng)作公 益事業(yè)類(lèi)項(xiàng)目 (instituti onal initiatives 8。 這些項(xiàng)目包 括保健和安全 、 人員培訓(xùn) 、 排放底線(xiàn)和能耗底線(xiàn)數(shù)據(jù)的 確定 。 此外還有通用標(biāo)準(zhǔn) (gl obal standards 、 人員資 格認(rèn)定 (e mp l oyee 、 行業(yè)規(guī)章 (industry regulati ons 的 制 訂 、 誤 解 的 修 正 (t ort refor m 和 獲 益 能 力 (p r ofitabi

30、lity 的確認(rèn)等 。這些項(xiàng)目和工作也都要靠 CHTE 來(lái)完成 ?？傊?, 這個(gè)路線(xiàn)圖是一個(gè)全面籌劃 、 周密部署 、 認(rèn) 真執(zhí)行 、 行之有效的長(zhǎng)遠(yuǎn)總體規(guī)劃 。215 定期考核檢查報(bào)道進(jìn)展情況在路線(xiàn)圖實(shí)施過(guò)程中有一套較為健全的運(yùn)行機(jī) 第 1期 樊東黎 :美國(guó)熱處理技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的啟發(fā) 27制 。 科研經(jīng)費(fèi)部分由國(guó)家 (通過(guò) NSF 資助 , 部分由民 間企業(yè)集資 , 部分由個(gè)人捐助 。 HTS 的 R &D 委員會(huì) 定期檢查和報(bào)道長(zhǎng) 、 短期項(xiàng)目進(jìn)展情況 。兩個(gè)研發(fā)中 心事先公布自己承擔(dān)的研究項(xiàng)目 , 逐年報(bào)告公布進(jìn)展 情況 , 及時(shí)發(fā)布完成的成果 12215。值得一提的是 AS M

31、 2HTS R &D 委員會(huì)的工藝和 材料技術(shù) Subcomm ittee 2006年在討論 1997和 2004路 線(xiàn)圖修訂稿時(shí) , 按該類(lèi)項(xiàng)目 (課題 的投資回報(bào) 、 風(fēng)險(xiǎn) 、 研究時(shí)間和需求迫切程度 4個(gè)方面對(duì)該部分課題 (分 為材料和工藝基礎(chǔ) 、 材料應(yīng)用基礎(chǔ) 軟件和模型數(shù)據(jù) 庫(kù) 、 模型開(kāi)發(fā) 3種類(lèi)型 進(jìn)行了評(píng)估 12。項(xiàng)目投資回報(bào)分為高 、 中 、 低 3個(gè)級(jí)別 。 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn) 指能否順利完成 , 投資回報(bào)的可能性 , 也以高 、 中 、 低 3個(gè)級(jí)別衡量 。 完成期限從 1997年算起 , 03年為近 期 , 310年為中期 , 長(zhǎng)于 10年為遠(yuǎn)期 , 迫切程度分為 頂級(jí)

32、、 高級(jí) 、 中級(jí)以及低級(jí) 。 表 1所列為按以上原則對(duì) 工藝和材料技術(shù)類(lèi)課題進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果 。表 1 工藝與材料技術(shù)類(lèi)課題的評(píng)估結(jié)果Table 1 Esti m a ti on on results t a sks concern i n g hea t trea t m en t process and ma ter i a l材料和工藝基礎(chǔ) 課題項(xiàng)目評(píng)估結(jié)果風(fēng)險(xiǎn) 完成時(shí)間 迫切性11改進(jìn)設(shè)計(jì)感應(yīng)器工具以減少反復(fù)試驗(yàn)次數(shù)和修正誤差 低 短 頂級(jí) 21研發(fā)高于 1000 滲碳抗晶粒長(zhǎng)大的鋼種 低 短 高 31高于 1010 滲碳的可行性 (包括氣氛和真空滲碳 (總結(jié) 高 低 短 高 41快速

33、滲氮 高 低 中 高 51快速加熱相變動(dòng)力學(xué)的確定 高 中 短 高 61滲碳、 限制淬透性鋼、 高 中 中 中 71高效表面淬火方法的開(kāi)發(fā) 高 高 長(zhǎng) 中 81提高對(duì)感應(yīng)、 磁場(chǎng)、 回火 , 高 低 短 中 91高效表面改性工藝的開(kāi)發(fā) 低 高 長(zhǎng) 中 101稀土元素對(duì)熱處理過(guò)程中顯微組織演變的影響 中 低 長(zhǎng) 中 111深冷處理材料的開(kāi)發(fā)、 應(yīng)用范圍研究 低 中 短 低 121鐵 、 非鐵合金 、 復(fù)合材料和聚合物的熱處理工藝開(kāi)發(fā)材料應(yīng)用基礎(chǔ) :軟件和模型數(shù)據(jù)庫(kù) 低 高 中 低 131材料選擇 , 包括材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的開(kāi)發(fā) 低 中 中 低 141開(kāi)發(fā)和失效特征關(guān)聯(lián)的材料性能、 工藝模型、

34、模型的開(kāi)發(fā) 低 中 中 低 151開(kāi)發(fā)材料連續(xù)加熱和冷卻相變數(shù)據(jù)庫(kù) 高 低 短 頂級(jí) 161開(kāi)發(fā)從室溫到熱處理溫度的熱性能和力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù) 高 低 長(zhǎng) 頂級(jí) 171開(kāi)發(fā)熱處理工藝和最終性能數(shù)據(jù)庫(kù) 高 低 短 頂級(jí) 181集成相變模型使之成為軟件工具 高 低 短 高 191開(kāi)發(fā)形成數(shù)據(jù)庫(kù)的低成本方法 高 中 長(zhǎng) 高 201開(kāi)發(fā)在生產(chǎn)設(shè)備中測(cè)定各種介質(zhì)和零件傳熱特性的探頭 高 中 中 高 211制定試驗(yàn)和獲取相變數(shù)據(jù)模型的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (包括在爐中或其他介質(zhì)中加熱 , 在油 、 水、 聚合物、 鹽 、 空氣、 真空中淬火以及噴射冷卻 高 低 中 高 221開(kāi)發(fā)材料和氣氛相互作用的熱力學(xué)模型 高 高 中

35、 高 231實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)的鏈接模型的開(kāi)發(fā) 高 高 長(zhǎng) 高216 美國(guó)人的煩惱日本材料熱處理學(xué)者鮒谷清司 (Funatani 在一篇 關(guān)于國(guó)際汽車(chē)工業(yè)發(fā)展和材料熱處理現(xiàn)狀的文章中指 出 16, 由于美國(guó)對(duì)制造新技術(shù)開(kāi)發(fā)投資的不足 , 近十 余年來(lái)相對(duì)于日本和歐洲國(guó)家 , 在汽車(chē)制造尤其在材 料熱處理技術(shù)上處于落后地位 。主要表現(xiàn)在低壓滲 碳 、 高壓氣淬 、 等離子熱處理 、 離子沉積技術(shù) 、 乙炔低壓 滲碳 、 高級(jí)爐用電熱和耐熱材料等先進(jìn)技術(shù)都是德國(guó) 、 法國(guó) 、 瑞典等歐洲國(guó)家的專(zhuān)利 。這個(gè)情況也是美國(guó)出 臺(tái)路線(xiàn)圖 , 力求趕上國(guó)際技術(shù)進(jìn)步步伐的背景 。 美國(guó)的路線(xiàn)圖雖然對(duì)熱處理行業(yè)是

36、一個(gè)雄心勃勃 的計(jì)劃 , 但相對(duì)于冶金 、 熔鋁 、 玻璃 、 建材 、 交通 、 車(chē)輛 、 國(guó)防 、 航空航天等都稱(chēng)不上是一個(gè)很重要的大量耗能 行業(yè) , 故未能列在“ 未來(lái)工業(yè) ” 計(jì)劃的主體工業(yè)中 , 只 成為其合作伙伴 (allied partner 的附屬關(guān)系 , 故在國(guó)家 支持的研發(fā)經(jīng)費(fèi)本來(lái)就不充裕 , 而隨著海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和國(guó) 際金融惡化 , 能源部所能提供的資助愈來(lái)愈少 , 以至在 熱處理行業(yè)出現(xiàn)了一系列抱怨 。 28 第 35 卷 part, p rocess & materials technology J . Heat Treating Progress, 2004 7

37、Stephen J, Sikirica, Douglas P W elling, Heat treating technology road2 map update 2004, part, energy and environment technology J . Heat Treating Progress, 2004 ( 7 /8 : 47 2 52. ( 9 /10 : 30 2 37. 2006 ( 5 /6 : 2. Industry of the Future R . 2006 ( 5 /6 : 54 2 57. Progress, 2006 ( 11 /12 : 22 2 25.

38、 8 D iran Apellian, Robert Gaster Heat treating technology roadmap update . 2004, part, institutional initiatives J . Heat Treating Progress, 2004 9 AS 2 M HTS, MTI, DOE. Office of Industrial Technology, Heat Treating 10 D iran Apellian. Heat treating industry R&D needs: a CHTE perspective 11 Ph

39、ilip Nash, Calvin Tszeng, Joe Benedyk, et al Heat treating research . 12 R ichard L Houghton. Heat treating technology roadmap update 2006, part, p rocess & materials technology J . Heat Treating Progress, at TPTC J . Heat Treating Progress, 2004 ( 1 /2 : 33 2 39. Treating Progress, 2006 ( 9 /10

40、 : 56 2 59. ahead J . Heat Treating Progress, 2007 ( 1 /2 : 56 2 57. J . Heat Treating Progress, 2003 ( 1 /2 : 30 2 32. 13 Stephen Sikirica, Douglas W elling Heat treating technology roadmap . update 2006, part , energy & environmental technology J . Heat 14 George Pfaffmann. Heat treating techn

41、ology roadmap update 2006, part ( 5 /6 : 45 2 48. Heat Treating Progress 雜志資深編輯 Ed Kubel ( 將此現(xiàn)象稱(chēng)之為夭折或“ 攔路搶劫 ” waylaid , 并說(shuō) : 聯(lián)邦政府依據(jù)看門(mén)狗集團(tuán)市民應(yīng)對(duì)政府廢物的規(guī)定 ( cilizens against governm ent waste 寧愿每年花數(shù)百萬(wàn) 美元資助小寵物計(jì)劃 , 而對(duì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和保持技術(shù) 領(lǐng)先的科研資金卻在不斷萎縮 。應(yīng)該讓你們的議員和 17 代表知道什么是必須優(yōu)先發(fā)展的時(shí)候了 。 說(shuō) : 回顧一下為達(dá)到熱處理行業(yè)目標(biāo)而設(shè)立的課題和 保持熱處理企業(yè)獲得先進(jìn)技術(shù)的有限來(lái)源 , 我想你 (指議員們 就會(huì)同意提高為達(dá)到這些目標(biāo)的政府資 助 ,而不是縮減 。我不低估私人企業(yè)承擔(dān)的重大研究 , 但私人企業(yè)畢竟是私人的 。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和合作伙伴的 研究和由國(guó)家計(jì)劃資助轉(zhuǎn)化為公眾信息的項(xiàng)目仍然是 8 熱處理行業(yè)材料和工藝改進(jìn)中必不可少的內(nèi)容 。 參考文獻(xiàn) : R . 1 T