1. Desenvolvimento do Processo de Tratamento Criogênico

O tratamento criogênico geralmente adota resfriamento de nitrogênio líquido, que pode resfriar a peça de trabalho abaixo de – 190 ℃. A microestrutura do material tratado muda a baixa temperatura e algumas propriedades são melhoradas. O tratamento criogênico foi proposto pela primeira vez pela antiga União Soviética em 1939. Foi somente na década de 1960 que os Estados Unidos aplicaram a tecnologia de tratamento criogênico à indústria e começaram a usá-la principalmente no campo da aviação. Na década de 1970, expandiu-se para a área de fabricação de máquinas.

De acordo com diferentes métodos de resfriamento, pode ser dividido em método líquido e método de gás. O método líquido significa que o material ou peça de trabalho é imerso diretamente em nitrogênio líquido para resfriar a peça de trabalho à temperatura de nitrogênio líquido, e a peça de trabalho é mantida a essa temperatura por um determinado período de tempo, depois é retirada e aquecida a uma certa temperatura . É difícil controlar a velocidade de subida e descida de temperatura desta forma, o que tem um grande impacto térmico na peça de trabalho e geralmente acredita-se que possa causar danos à peça de trabalho. O equipamento criogênico é relativamente simples, como o tanque de nitrogênio líquido.

2. método a gás de tratamento criogênico

O princípio do gás é resfriar pelo calor latente de gaseificação do nitrogênio líquido (cerca de 199,54 kJ/kg) e pela absorção de calor do nitrogênio de baixa temperatura. O método do gás pode fazer com que a temperatura criogênica alcance -190 ℃, para que o nitrogênio criogênico possa entrar em contato com os materiais. Através da troca de calor por convecção, o nitrogênio pode ser vaporizado na caixa criogênica após ser ejetado do bocal. A peça de trabalho pode ser resfriada pelo calor latente da gaseificação e pela absorção de calor do nitrogênio criogênico. Ao controlar a entrada de nitrogênio líquido para controlar a taxa de resfriamento, a temperatura do tratamento criogênico pode ser ajustada automaticamente e controlada com precisão, e o efeito de choque térmico é pequeno, assim como a possibilidade de rachaduras.

Atualmente, o método do gás é amplamente reconhecido pelos pesquisadores em sua aplicação, e seu equipamento de refrigeração é principalmente uma caixa criogênica programável com temperatura controlável. O tratamento criogênico pode melhorar significativamente a vida útil, a resistência ao desgaste e a estabilidade dimensional de metais ferrosos, metais não ferrosos, ligas metálicas e outros materiais, com consideráveis benefícios econômicos e perspectivas de mercado.

A tecnologia criogênica do metal duro foi relatada pela primeira vez nas décadas de 1980 e 1990. Tecnologia Mecânica do Japão em 1981 e Oficina Moderna dos Estados Unidos em 1992 relataram que o desempenho de carbonetos cimentados melhorou significativamente após o tratamento criogênico. Desde a década de 1970, o trabalho de pesquisa sobre tratamento criogênico no exterior tem sido frutífero. A antiga União Soviética, os Estados Unidos, o Japão e outros países usaram com sucesso o tratamento criogênico para melhorar a vida útil das ferramentas e matrizes, a resistência ao desgaste das peças e a estabilidade dimensional.

4 pontos-chave que você pode precisar saber sobre o processo de tratamento criogênico 1

3. Mecanismo de fortalecimento do tratamento criogênico

Reforço de fase metálica.

O Co em carbonetos cimentados tem estrutura cristalina fcc α Phase (fcc) e estrutura cristalina hexagonal compacta ε Phase (hcp). Relação ε-Co α-Co tem baixo coeficiente de atrito e forte resistência ao desgaste. Acima de 417 ℃ α A energia livre da fase é baixa, então existe a forma Co α Phase. Abaixo de 417 ℃ ε Baixa energia livre de fase, fase estável em alta temperatura α Transição de fase para baixa energia livre ε Fase. No entanto, devido às partículas de WC e α A existência de heteroátomos de solução sólida na fase tem uma maior restrição na transição de fase, fazendo com que α → ε Quando a resistência à mudança de fase aumenta e a temperatura cai abaixo de 417 ℃ α A fase não pode ser completamente transformada na fase ε. O tratamento criogênico pode ser grandemente aumentado α E ε Diferença de energia livre de duas fases, aumentando assim a força motriz da mudança de fase ε Variável de mudança de fase. Para o carboneto cimentado após tratamento criogênico, alguns átomos dissolvidos em Co precipitam na forma de composto devido à diminuição da solubilidade, o que pode aumentar a fase dura na matriz de Co, dificultar o movimento de deslocamento e desempenhar um papel no fortalecimento da segunda fase partículas.

Reforço da tensão residual superficial.

O estudo após o tratamento criogênico mostra que a tensão residual de compressão da superfície aumenta. Muitos pesquisadores acreditam que um certo valor de tensão de compressão residual na camada superficial pode melhorar muito sua vida útil. Durante o processo de resfriamento do metal duro após a sinterização, a fase de ligação Co está sujeita a tensões de tração e as partículas de WC estão sujeitas a tensões de compressão. A tensão de tração causa grandes danos ao Co. Portanto, alguns pesquisadores acreditam que o aumento da tensão de compressão superficial causada pelo resfriamento profundo retarda ou compensa parcialmente a tensão de tração gerada pela fase de ligação durante o processo de resfriamento após a sinterização, ou mesmo a ajusta para compressão, reduzindo a geração de microfissuras.

Outros mecanismos de fortalecimento

Acredita-se que η As partículas de fase juntamente com as partículas de WC tornam a matriz mais compacta e firme, e devido a η A formação da fase consome o Co na matriz. A diminuição do teor de Co na fase de ligação aumenta a condutividade térmica geral do material, e o aumento do tamanho e adjacência das partículas de carboneto também aumenta a condutividade térmica da matriz. Devido ao aumento da condutividade térmica, a dissipação de calor das pontas de ferramenta e matriz é mais rápida; A resistência ao desgaste e a dureza a altas temperaturas das ferramentas e matrizes são melhoradas. Outros acreditam que após o tratamento criogênico, devido ao encolhimento e densificação do Co, o papel firme do Co na retenção de partículas de WC é reforçado. Os físicos acreditam que o resfriamento profundo mudou a estrutura dos átomos e moléculas de metais.

4.Um caso de matriz de cabeça fria YG20 com tratamento criogênico

Etapas de operação do tratamento criogênico de cofragem de cais frio YG20:

(1) Coloque a matriz de cabeça fria sinterizada no forno de tratamento criogênico;

(2) Inicie o forno integrado de têmpera criogênica, abra o nitrogênio líquido, reduza-o para – 60 ℃ a uma determinada taxa e mantenha a temperatura por 1h;

(3) Reduza para – 120 ℃ a uma determinada taxa e mantenha a temperatura por 2h;

(4) Reduza a temperatura para – 190 ℃ a uma certa taxa de resfriamento e mantenha a temperatura por 4-8h;

(5) Após a preservação do calor, a temperatura deve ser aumentada para 180 ℃ de acordo com 0,5 ℃/min por 4h

(6) Depois que o equipamento do programa estiver concluído, ele será desligado automaticamente e resfriado naturalmente até a temperatura ambiente.

Conclusão: A matriz de cabeça fria YG20 sem tratamento criogênico e após o tratamento criogênico é de cabeça fria Φ 3,8 haste de parafuso de aço carbono, os resultados mostram que a vida útil da matriz após o tratamento criogênico é mais de 15% mais longa do que a da matriz sem tratamento criogênico .4 pontos-chave que você pode precisar saber sobre o processo de tratamento criogênico 2

4 pontos-chave que você pode precisar saber sobre o processo de tratamento criogênico 3
(a) Antes do tratamento criogênico YG20
(b) Após o tratamento criogênico YG20

Pode-se observar que comparado com o antes do tratamento criogênico, o cobalto cúbico de face centrada (fcc) em YG20 após o tratamento criogênico é significativamente reduzido, ε- O aumento óbvio de Co (hcp) é também a razão para a melhoria da resistência ao desgaste e propriedades abrangentes de carbonetos cimentados.

5. Limitações do processo de tratamento criogênico

Os resultados de aplicação prática de uma empresa de ferramentas e matrizes nos Estados Unidos mostram que a vida útil das pastilhas de metal duro após o tratamento é aumentada em 2 a 8 vezes, enquanto o ciclo de dressagem das matrizes de trefilação de metal duro após o tratamento é estendido de várias semanas a vários meses. Na década de 1990, foram realizadas pesquisas nacionais sobre tecnologia criogênica de metal duro, e alguns resultados de pesquisa foram alcançados.

Em geral, a pesquisa sobre a tecnologia de tratamento criogênico de metal duro é menos desenvolvida e não sistemática no momento, e as conclusões obtidas também são inconsistentes, o que necessita de maior aprofundamento por parte dos pesquisadores. De acordo com os dados de pesquisa existentes, o tratamento criogênico melhora principalmente a resistência ao desgaste e a vida útil do metal duro, mas não tem efeito óbvio nas propriedades físicas.

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