4 wichtige Punkte, die Sie möglicherweise über den kryogenen Behandlungsprozess wissen sollten

1. Entwicklung eines kryogenen Behandlungsprozesses

Die Kryobehandlung verwendet normalerweise eine Flüssigstickstoffkühlung, die das Werkstück auf unter – 190 ℃ abkühlen kann. Die Mikrostruktur des behandelten Materials ändert sich bei niedriger Temperatur, und einige Eigenschaften werden verbessert. Die kryogene Behandlung wurde erstmals 1939 von der ehemaligen Sowjetunion vorgeschlagen. Erst in den 1960er Jahren wendeten die Vereinigten Staaten die kryogene Behandlungstechnologie auf die Industrie an und begannen, sie hauptsächlich in der Luftfahrt einzusetzen. In den 1970er Jahren wurde es auf den Bereich Maschinenbau ausgeweitet.

Nach verschiedenen Kühlmethoden kann es in Flüssigkeitsmethode und Gasmethode unterteilt werden. Das Flüssigverfahren bedeutet, dass das Material oder Werkstück direkt in flüssigen Stickstoff getaucht wird, um das Werkstück auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abzukühlen, und das Werkstück für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird, dann herausgenommen und auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird . Es ist schwierig, die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs und -abfalls auf diese Weise zu steuern, was eine große thermische Auswirkung auf das Werkstück hat und allgemein angenommen wird, dass es wahrscheinlich das Werkstück beschädigt. Kryogene Ausrüstung ist relativ einfach, wie z. B. Flüssigstickstofftank.

2.Gas-Methode der kryogenen Behandlung

Das Gasprinzip besteht darin, durch die Vergasungswärme von flüssigem Stickstoff (ca. 199,54 kJ/kg) und die Wärmeaufnahme von Niedertemperatur-Stickstoff zu kühlen. Die Gasmethode kann die kryogene Temperatur auf – 190 ℃ bringen, sodass der kryogene Stickstoff mit den Materialien in Kontakt kommen kann. Durch Konvektionswärmeaustausch kann der Stickstoff in der Kryobox verdampft werden, nachdem er aus der Düse ausgestoßen wurde. Das Werkstück kann durch die latente Vergasungswärme und die Wärmeaufnahme von kryogenem Stickstoff gekühlt werden. Durch Steuerung der Zufuhr von flüssigem Stickstoff zur Steuerung der Kühlrate kann die kryogene Behandlungstemperatur automatisch eingestellt und genau gesteuert werden, und der Thermoschockeffekt ist gering, ebenso wie die Möglichkeit des Reißens.

Gegenwärtig ist die Gasmethode von Forschern in ihrer Anwendung weithin anerkannt, und ihre Kühlausrüstung besteht hauptsächlich aus einer programmierbaren Kryobox mit steuerbarer Temperatur. Die kryogene Behandlung kann die Lebensdauer, Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität von Eisenmetallen, Nichteisenmetallen, Metalllegierungen und anderen Materialien erheblich verbessern, mit erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen und Marktaussichten.

Die kryogene Technologie von Hartmetall wurde erstmals in den 1980er und 1990er Jahren beschrieben. Mechanische Technologie von Japan im Jahr 1981 und Moderne Maschinenhalle aus den Vereinigten Staaten berichteten 1992, dass die Leistung von Hartmetallen nach einer kryogenen Behandlung signifikant verbessert wurde. Seit den 1970er Jahren war die Forschungsarbeit zur Kryobehandlung im Ausland fruchtbar. Die ehemalige Sowjetunion, die Vereinigten Staaten, Japan und andere Länder haben die Tieftemperaturbehandlung erfolgreich eingesetzt, um die Lebensdauer von Werkzeugen und Matrizen, die Verschleißfestigkeit von Werkstücken und die Dimensionsstabilität zu verbessern.

3.Stärkungsmechanismus der kryogenen Behandlung

Metallphasenverstärkung.

Co in Hartmetallen hat eine fcc-Kristallstruktur in α-Phase (fcc) und eine dicht gepackte hexagonale Kristallstruktur in einer ε-Phase (hcp). ε-Co-Verhältnis α-Co hat einen kleinen Reibungskoeffizienten und eine starke Verschleißfestigkeit. Über 417 ℃ α Die freie Energie der Phase ist niedrig, daher existiert die Co α-Phasenform. Unter 417 ℃ ε Niedrige freie Energie der Phase, stabile Phase bei hoher Temperatur α Phasenübergang zu niedriger freier Energie ε Phase. Aufgrund von WC-Partikeln und α Das Vorhandensein von Heteroatomen in fester Lösung in der Phase schränkt den Phasenübergang jedoch stärker ein, wodurch α → ε wird. Wenn der Phasenänderungswiderstand zunimmt und die Temperatur unter 417 ° C fällt, kann α die Phase nicht vollständig umgewandelt werden in die ε-Phase. Kryobehandlung kann stark erhöht werden α und ε Zwei-Phasen-Differenz der freien Energie, wodurch die treibende Kraft der Phasenänderung ε Phasenänderungsvariable erhöht wird. Bei dem Hartmetall fallen nach der Tieftemperaturbehandlung einige in Co gelöste Atome aufgrund der Abnahme der Löslichkeit in Form einer Verbindung aus, was die harte Phase in der Co-Matrix erhöhen, die Versetzungsbewegung behindern und eine Rolle bei der Stärkung der zweiten Phase spielen kann Partikel.

Verstärkung der Oberflächeneigenspannung.

Die Untersuchung nach kryogener Behandlung zeigt, dass die Oberflächeneigendruckspannung ansteigt. Viele Forscher glauben, dass ein bestimmter Wert der Druckeigenspannung in der Oberflächenschicht ihre Lebensdauer erheblich verbessern kann. Während des Abkühlprozesses von Hartmetall nach dem Sintern wird die Bindephase Co einer Zugspannung und die WC-Partikel einer Druckspannung ausgesetzt. Die Zugspannung schadet Co. Einige Forscher glauben daher, dass die durch die Tiefenkühlung verursachte Erhöhung der Oberflächendruckspannung die durch die Bindungsphase während des Abkühlprozesses nach dem Sintern erzeugte Zugspannung verlangsamt oder teilweise kompensiert oder sogar anpasst Druckspannung, wodurch die Entstehung von Mikrorissen reduziert wird.

Andere Verstärkungsmechanismen

Es wird angenommen, dass η die Phasenpartikel zusammen mit WC-Partikeln die Matrix kompakter und fester machen und aufgrund η die Bildung der Phase das Co in der Matrix verbraucht. Die Abnahme des Co-Gehalts in der Bindungsphase erhöht die Gesamtwärmeleitfähigkeit des Materials, und die Zunahme der Karbidpartikelgröße und -angrenzung erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit der Matrix. Durch die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit erfolgt die Wärmeabfuhr von Werkzeug- und Matrizenspitzen schneller; Die Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturhärte von Werkzeugen und Matrizen werden verbessert. Andere glauben, dass nach der kryogenen Behandlung aufgrund der Schrumpfung und Verdichtung von Co die feste Rolle von Co beim Halten von WC-Partikeln verstärkt wird. Physiker glauben, dass die tiefe Abkühlung die Struktur von Atomen und Molekülen von Metallen verändert hat.

4. Ein Fall von YG20-Kaltstauchmatrize mit kryogener Behandlung

Betriebsschritte der kryogenen Behandlung der kalten Pfeilerschalung YG20:

(1) Legen Sie die gesinterte Kaltstauchform in den kryogenen Behandlungsofen;

(2) Starten Sie den integrierten Tieftemperaturofen, öffnen Sie den flüssigen Stickstoff, reduzieren Sie ihn mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf – 60 ℃ und halten Sie die Temperatur 1 Stunde lang;

(3) Reduzieren Sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf – 120 ℃ und halten Sie die Temperatur 2 Stunden lang;

(4) Reduzieren Sie die Temperatur auf – 190 ℃ bei einer bestimmten Kühlrate und halten Sie die Temperatur für 4-8 Stunden;

(5) Nach der Hitzeerhaltung soll die Temperatur 4 Stunden lang mit 0,5 ℃/min auf 180 ℃ erhöht werden

(6) Nachdem die Programmausrüstung abgeschlossen ist, wird sie automatisch ausgeschaltet und auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlt.

Schlussfolgerung: Die Kaltstauchmatrize YG20 ohne kryogene Behandlung und nach der kryogenen Behandlung ist eine kaltgestanzte Φ 3,8 Kohlenstoffstahl-Gewindestange. Die Ergebnisse zeigen, dass die Lebensdauer der Matrize nach der kryogenen Behandlung um mehr als 15% länger ist als die der Matrize ohne kryogene Behandlung .

Es ist ersichtlich, dass im Vergleich zu dem vor der Tieftemperaturbehandlung das flächenzentrierte kubische Kobalt (fcc) in YG20 nach der Tieftemperaturbehandlung signifikant reduziert ist, ε – Der offensichtliche Anstieg von Co (hcp) ist auch der Grund für die Verbesserung der Verschleißfestigkeit und umfassende Eigenschaften von Hartmetallen.

5. Einschränkungen des kryogenen Behandlungsprozesses

Die praktischen Anwendungsergebnisse eines Werkzeug- und Formenbauunternehmens in den Vereinigten Staaten zeigen, dass die Lebensdauer von Hartmetalleinsätzen nach der Behandlung um das 2- bis 8-fache erhöht wird, während der Abrichtzyklus von Drahtziehwerkzeugen aus Hartmetall nach der Behandlung von mehreren Wochen verlängert wird bis zu mehreren Monaten. In den 1990er Jahren wurden inländische Forschungen zur kryogenen Technologie von Hartmetall durchgeführt und bestimmte Forschungsergebnisse erzielt.

Im Allgemeinen ist die Forschung zur kryogenen Behandlungstechnologie von Hartmetall derzeit weniger entwickelt und nicht systematisch, und die erhaltenen Schlussfolgerungen sind auch widersprüchlich, was eine weitere eingehende Untersuchung durch Forscher erfordert. Gemäß den vorhandenen Forschungsdaten verbessert die kryogene Behandlung hauptsächlich die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer von Hartmetall, hat jedoch keine offensichtlichen Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften.