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金屬冷處理技術(shù)及應用

所屬分類：常見解答    發(fā)布時間： 2021-03-26    作者：admin
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       一、冷處理的概念和發(fā)展史
       當鋼中含碳及合金元素較多時（AI、Co除外）馬氏體轉(zhuǎn)變終止點將降到0度以下低溫，淬火后組織中含有較多數(shù)量的殘余奧氏體。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，可將淬火后的工件置于寒劑或制冷機中繼續(xù)冷卻，統(tǒng)稱為冷處理。冷處理為冰冷處理和深冷處理。
       冰冷處理是指溫度在-80度左右的冷處理；冰冷處理溫度應根據(jù)鋼材的化學成分（Mf點)來選定。對于大多數(shù)鋼材來說干冰、酒精混合（-78度）物即可滿足。深冷處理是指溫度在-130~-190度的冷處理；目前大多是利用液氮的揮發(fā)氣達到深冷的效果。
       深冷處理的根源要追隨到100多年前，瑞士的鐘表制造者把鐘表的關(guān)鍵零件埋入寒冷的阿爾卑斯雪山中以提高鐘表的使用壽命；?隨著制冷技術(shù)的發(fā)展，在上世紀三十年代出現(xiàn)了深冷處理技術(shù)。1939年俄羅斯人首 次提出了深冷處理的概念， 隨著液氮技術(shù)及保溫材料的發(fā)展，1965年美國首 次將深冷處理實用化，主要應用對象針對航空領域。此后，深冷技術(shù)才開始引起世界各國研究人員的關(guān)注。隨即英、俄羅斯、日本等各國學者都對其進行了較為廣泛和深入的研究。許多研究表明，材料經(jīng)深冷處理后比普通冷處理的硬度及耐磨性有較大提高。我國對深冷處理的研究與開發(fā)起步較晚，在二十世紀80年代末，我國的科研學者們才開始對深冷處理的工藝、機理進行研究，材料主要集中在工具鋼、模具鋼和高速鋼。研究結(jié)果表明，材料經(jīng)深冷處理后的性能比一般冷處理后的性能普遍得到了明顯改善。近幾年來，隨著深冷技術(shù)的發(fā)展，深冷處理從黑色金屬的研究逐步擴大到有色金屬及復合材料方面，并取得了一定的研究進展。
       二、冷處理技術(shù)和作用
       冰冷處理應在淬火后立即進行，以免長期放置導致殘余奧氏體產(chǎn)生穩(wěn)定化而影響冷處理的效果。一些形狀復雜的工件為避免冷處理時產(chǎn)生的裂紋，可經(jīng)一次回火后在進行冷處理。對于一些尺寸穩(wěn)定性要求更高的工件，如螺紋量規(guī)等，長需兩次冷處理。冷處理后必須經(jīng)行回火或者時效處理。，以消除所形成的應力及穩(wěn)定新生成的馬氏體組織。工件在冰冷處理時無需保溫，只當其心部達到寒劑溫度即可（一般1~2h）。冰冷處理后的工件從寒劑中取出，在空氣中緩慢升溫至室溫后，在進行回火處理。冰冷處理多應用于刀具、量具、精密軸承和其他尺寸精度要求較高的工件上，以提高其硬度、耐磨度、尺寸穩(wěn)定性等。
       深冷處理主要用于高速鋼、模具鋼和易磨損的工件上，其作用是使接近全部的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體、使彌散碳化物從淬火組織的基體析出、深冷處理時在鋼的硬度、沖擊韌度、抗拉強度變化不大的情況下，時期耐磨性能顯著提高。據(jù)資料顯示冰冷處理后鋼的耐磨性能提高了1.2~2.0倍，而深冷處理提高了2.0~6.6倍。
       三、深冷在金屬處理的應運及案例
       1．模具鋼的深冷處理
       在正常工作條件下，磨損是冷作模具的主要失效形式之一。因此，通過適當?shù)墓に囀侄慰刂苹驕p小磨損，從而提高模具的使用壽命，在生產(chǎn)實踐中具有中重要的意義。
       例如Cr12MoV鋼是制造冷作模具的重要材料，深冷處理可有效的提高其強韌性和沖擊磨損抗力。Cr12MoV鋼的深冷處理規(guī)范及強韌性效果如下表1和表2。

表1 Cr12MoV鋼的深冷處理規(guī)范

工藝序號

淬火溫度/℃

深冷處理溫度/℃×次數(shù)＋回火溫度/℃

1

1120

未深冷＋T200

2

1120

-90×1＋T200

3

1120

-120×1＋T200

4

1120

-196×1＋T200

5

1120

-196×2＋T200

6

1120

-196×3＋T200

表2 Cr12MoV鋼不同規(guī)范的深冷處理后的數(shù)據(jù)

工藝序號

φ(A’)（％）

HRC

Ak/(j/cm2)

Σsc/

MPa

Np1003/次

Αc/mm

磨痕寬

/mm

失重/mg

沖擊次數(shù)/(1×103)

1

40

58

6.97

1940

23.3

13.45

3.56

6.15

15

2

30

64

4.25

2574

21.8

11.54

3.35

5.86

21

3

22

64

3083

2653

24.9

11.32

3.13

4.98

23

4

16

64

3.09

2707

22.5

11.17

2.88

4.54

28

5

14

65

3.45

2882

23.6

10.93

2.36

3.68

37

6

12

65

3.66

2957

24.8

10.81

2.25

3.36

42



       2. 高速鋼刀具的深冷處理
       高速鋼制刀具的深冷處理，可在刀具加工過程，也可在成品刀具（已經(jīng)過淬火和三次回火zui終熱處理）上進行，并都能起到延長使用壽命的作用。
       例如W6Mo5Cr4V2高速鋼制ф7mm直柄麻花鉆頭，熱處理及深冷處理工藝曲線圖如圖3所示。由圖表中的數(shù)據(jù)可見，φ7mm鉆頭的深冷處理有一zui佳規(guī)范:-106 -123℃×1h。過分降低溫度和延長時間對這種工件是不利的。

圖1 直柄麻花鉆頭的熱處理工藝曲線

表3 深冷處理對鉆頭切削壽命的影響

工藝制度

淬火＋三次回火

-106×1h

-123×1h

-137×1h

-196×1h

-196×30h

鉆孔數(shù)

233.6

527.6

547.3

465.3

233.0

344.3

       由表3可以看出刀具經(jīng)過深冷處理后可以使鋼的強韌性、紅硬性顯著提高，刀具的切削壽命增長50％以上等優(yōu)點。