模具钢材热处理新工艺---深冷处理
模具钢材热处理新工艺---深冷处理
模具钢材热处理新工艺---深冷处理
深冷处理又称作超冷处理或超低温处理。它是热处理工艺在冷却过程中的延续。深冷处理与一般的冷处理不同之处在于冷处理(SZ)的处理温度约为-100℃以上，深冷处理(SSZ)的处理温度则为-100℃以下。也有文献表明，深冷处理是在-130℃或-160℃以下的处理温度。早在100多年前，人们就将深冷处理应用于钟表零件，铸件等产品，发现它能提高材料的强度、耐磨性、尺寸稳定性和使用寿命。如瑞士钟表商就将钟表中的一些关键零件埋到寒冷的阿尔卑斯雪山中，以提 零件的耐磨性和寿命。则一些有经验的工具制造商则把工具钢放到冷冻箱内储藏数月，从而提高工模具钢的使用寿命。深冷处理最早是1939年由俄国人首先提出的。随着液氮技术及保温材料的发展，1965年美国将其实用化。随即俄罗斯、日本等世界各国学者都对其进行了较为广泛而深入的研究。研究结果表明，材料经深冷处理后的性能比一般冷处理后的性能好。深冷处理技术在二十世纪八十年代末传人我国，开始在工具钢、模具钢材上进行应用研究，而在铸铁合金和有色合金材料等领域研究得很少。
㈠深冷处理的作用
深冷处理能大幅度提高材料的机械性能和使用性能，目前对其作用机理的研究大致可归纳如下：
⒈合金材料在淬火后残余的奥氏体在深冷过程中进一步转变成马氏体，并使马氏体组织更加稳定。
⒉合金材料中马氏体内分布更多、更细的碳化物硬质点，合金的组织变得更均匀、更致密、更细化。
⒊低温冷却的收缩可伊材料本身存在的微小缺陷(如微孔、应力集中部位)产生塑性流变：复温过程中在空位表面产生残余应力，这种残余应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害，最终表现为材料抗力的提高。
⒋对钢或其他合金来说，深冷处理能部分转移金属原子的动能，原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理正是部分转移了原子间的动能，从而使原子结合更紧密，提高了金属性能。
㈡深冷处理工艺流程
深冷处理工艺过程包括深冷方式、降温速度、保温时间、升温速度、回火过程等工艺参数，这些参数都会对深冷处理效果产生较大的影响，而且不同的材料有不同的工艺参数。
⒈深冷方式
深冷处理通常使用液氮(-196℃)作为制冷剂。根据使用液氮的方法不同可分为液体法和气体法两种。液体法是将工件直接浸入液氮中，处理温度可达-150℃以下，但是有较大的热冲击，容易造成某些材料的低温脆性。气体深冷法又称作干式深冷法，即通过液氮的汽化潜熟(199．84kj／kg)和低温氮气吸熟来致冷，处理温度可达-196℃。由于没有热冲击而较普遍采用。
⒉升降温速度
目前对升降温速度有两种意见。一种意见认为工件的升降温速度不能太快，即不赞成将工件直接浸入液氮中，因为激冷将导致工件内部的应力加大，易造成工件的变形或开裂。另一种意见则认为可以快速冷却或升温，如此会使奥氏体失稳，更易转变为马氏体，且直浸冷速比油淬慢，不易引起材料的变形或开裂。如前苏联专利“冷冲击法”和日本的“深冷急热法”等。总之，深冷处理的升降温速度应视具体的材料而定。
⒊保冷时间
在深冷温度下保持的时间，应与合金所设计的性能有关。如在钢的深冷处理中，当残余奥氏体转变成马氏体时，由于是非等温变化，所以不需要保温时间：如需要组织中析出碳化物，是等温变化，必须有保温时间。如有人对LD钢的保温时间定为l h'对硬质合金和高速钢采用长达20h的保温工艺。
⒋深冷工艺顺序
深冷处理安排在整个热处理过程的哪道工序之后， 目前还没有一个统一的说法。有些文献中安排在淬火后回火之前进行深冷处理，有些文献中安排在回火之后进行，还有些文献中安排在多级热处理之间。看来还是根据最终所要获取什么组织来决定的。
⒌深冷处理次数
一般认为重复多次深冷处理比单次深冷处理的效果好。如前苏联采用的“热循环稳定处理法”：有的采用多次脉冲方式处理，认为可以最大限度改善材料的力学性能：还有人认为三次深冷可以使材料的抗冲击磨损性能明显提高。
㈢深冷处理的应用
深冷处理技术应用很广泛，涉及许多行业，如航空航天工业、兵器工业、汽车工业、船舶工业、电子工业、机械工业、木材加工业等等，其处理对象范围也很广泛，不仅有金属材料如碳素结构钢、合金结构钢、模具钢材、合金工具钢、高速钢、硬质合金、铜及其合金、铝及其合金等，而且还有非金属材料，如陶瓷、尼龙、塑料、橡胶制品、食物及药品等。
深冷处理又称作超冷处理或超低温处理。它是热处理工艺在冷却过程中的延续。深冷处理与一般的冷处理不同之处在于冷处理(SZ)的处理温度约为-100℃以上，深冷处理(SSZ)的处理温度则为-100℃以下。也有文献表明，深冷处理是在-130℃或-160℃以下的处理温度。早在100多年前，人们就将深冷处理应用于钟表零件，铸件等产品，发现它能提高材料的强度、耐磨性、尺寸稳定性和使用寿命。如瑞士钟表商就将钟表中的一些关键零件埋到寒冷的阿尔卑斯雪山中，以提 零件的耐磨性和寿命。则一些有经验的工具制造商则把工具钢放到冷冻箱内储藏数月，从而提高工模具钢的使用寿命。深冷处理最早是1939年由俄国人首先提出的。随着液氮技术及保温材料的发展，1965年美国将其实用化。随即俄罗斯、日本等世界各国学者都对其进行了较为广泛而深入的研究。研究结果表明，材料经深冷处理后的性能比一般冷处理后的性能好。深冷处理技术在二十世纪八十年代末传人我国，开始在工具钢、模具钢材上进行应用研究，而在铸铁合金和有色合金材料等领域研究得很少。
㈠深冷处理的作用
深冷处理能大幅度提高材料的机械性能和使用性能，目前对其作用机理的研究大致可归纳如下：
⒈合金材料在淬火后残余的奥氏体在深冷过程中进一步转变成马氏体，并使马氏体组织更加稳定。
⒉合金材料中马氏体内分布更多、更细的碳化物硬质点，合金的组织变得更均匀、更致密、更细化。
⒊低温冷却的收缩可伊材料本身存在的微小缺陷(如微孔、应力集中部位)产生塑性流变：复温过程中在空位表面产生残余应力，这种残余应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害，最终表现为材料抗力的提高。
⒋对钢或其他合金来说，深冷处理能部分转移金属原子的动能，原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理正是部分转移了原子间的动能，从而使原子结合更紧密，提高了金属性能。
㈡深冷处理工艺流程
深冷处理工艺过程包括深冷方式、降温速度、保温时间、升温速度、回火过程等工艺参数，这些参数都会对深冷处理效果产生较大的影响，而且不同的材料有不同的工艺参数。
⒈深冷方式
深冷处理通常使用液氮(-196℃)作为制冷剂。根据使用液氮的方法不同可分为液体法和气体法两种。液体法是将工件直接浸入液氮中，处理温度可达-150℃以下，但是有较大的热冲击，容易造成某些材料的低温脆性。气体深冷法又称作干式深冷法，即通过液氮的汽化潜熟(199．84kj／kg)和低温氮气吸熟来致冷，处理温度可达-196℃。由于没有热冲击而较普遍采用。
⒉升降温速度
目前对升降温速度有两种意见。一种意见认为工件的升降温速度不能太快，即不赞成将工件直接浸入液氮中，因为激冷将导致工件内部的应力加大，易造成工件的变形或开裂。另一种意见则认为可以快速冷却或升温，如此会使奥氏体失稳，更易转变为马氏体，且直浸冷速比油淬慢，不易引起材料的变形或开裂。如前苏联专利“冷冲击法”和日本的“深冷急热法”等。总之，深冷处理的升降温速度应视具体的材料而定。
⒊保冷时间
在深冷温度下保持的时间，应与合金所设计的性能有关。如在钢的深冷处理中，当残余奥氏体转变成马氏体时，由于是非等温变化，所以不需要保温时间：如需要组织中析出碳化物，是等温变化，必须有保温时间。如有人对LD钢的保温时间定为l h'对硬质合金和高速钢采用长达20h的保温工艺。
⒋深冷工艺顺序
深冷处理安排在整个热处理过程的哪道工序之后， 目前还没有一个统一的说法。有些文献中安排在淬火后回火之前进行深冷处理，有些文献中安排在回火之后进行，还有些文献中安排在多级热处理之间。看来还是根据最终所要获取什么组织来决定的。
⒌深冷处理次数
一般认为重复多次深冷处理比单次深冷处理的效果好。如前苏联采用的“热循环稳定处理法”：有的采用多次脉冲方式处理，认为可以最大限度改善材料的力学性能：还有人认为三次深冷可以使材料的抗冲击磨损性能明显提高。
㈢深冷处理的应用
深冷处理技术应用很广泛，涉及许多行业，如航空航天工业、兵器工业、汽车工业、船舶工业、电子工业、机械工业、木材加工业等等，其处理对象范围也很广泛，不仅有金属材料如碳素结构钢、合金结构钢、模具钢材、合金工具钢、高速钢、硬质合金、铜及其合金、铝及其合金等，而且还有非金属材料，如陶瓷、尼龙、塑料、橡胶制品、食物及药品等。