1.深冷处理工艺开发

深冷处理通常采用液氮冷却,可将工件冷却至-190℃以下。处理后材料的微观结构在低温下发生变化,一些性能得到改善。深冷处理最早由前苏联于1939年提出,直到1960年代美国才将深冷处理技术应用到工业上,开始主要应用于航空领域。 1970年代扩展到机械制造领域。

根据冷却方式不同,可分为液体法和气体法。液态法是指将材料或工件直接浸入液氮中,将工件冷却至液氮温度,并将工件在该温度下保持一定时间,然后取出加热至一定温度.这种方式很难控制升温和降温的速度,对工件的热影响很大,一般认为容易对工件造成损坏。低温设备比较简单,比如液氮罐。

2.气法深冷处理

气体原理是利用液氮的气化潜热(约199.54kJ/kg)和低温氮气的吸热来冷却。气体法可使低温温度达到-190℃,使低温氮气与物料接触。通过对流换热,氮气从喷嘴喷出后在低温箱内汽化。工件可以通过气化潜热和低温氮气的吸热来冷却。通过控制液氮的输入来控制冷却速度,可以自动调节和精确控制深冷处理温度,热冲击效应小,开裂的可能性小。

目前,气体法在其应用中得到了研究人员的广泛认可,其冷却设备主要是温度可控的可编程低温箱。深冷处理可显着提高黑色金属、有色金属、金属合金等材料的使用寿命、耐磨性和尺寸稳定性,具有可观的经济效益和市场前景。

硬质合金的低温技术在1980年代和1990年代首次被报道。 机械技术 日本在 1981 年和 现代机械车间 美国 1992 年报道,硬质合金经深冷处理后性能显着提高。 1970年代以来,国外对低温处理的研究工作卓有成效。前苏联、美国、日本等国家已成功地采用深冷处理,提高了工模具的使用寿命、工件的耐磨性和尺寸稳定性。

关于低温处理工艺您可能需要了解的 4 个要点 1

3.深冷处理的强化机理

金属相增强。

硬质合金中的Co具有fcc晶体结构α相(fcc)和密排六方晶体结构ε相(hcp)。 ε-Co比α-Co摩擦系数小,耐磨性强。 417℃以上α相的自由能较低,所以存在Coα相形式。 417℃以下ε相的低自由能,高温下稳定相α相转变为低自由能ε相。但由于WC颗粒和α相中固溶杂原子的存在对相变有较大的约束,使得α→ε当相变阻力增大,温度降至417℃以下时α相不能完全转变进入ε相。深冷处理可以大大增加α和ε两相自由能差,从而增加ε相变的驱动力变量。对于深冷处理后的硬质合金,由于溶解度降低,部分溶解在Co中的原子以化合物的形式析出,可以增加Co基体中的硬质相,阻碍位错运动,起到强化第二相的作用。粒子。

强化表面残余应力。

深冷处理后的研究表明,表面残余压应力增加。许多研究人员认为,使表层残余压应力达到一定值,可以大大提高其使用寿命。在硬质合金烧结后的冷却过程中,结合相Co受到拉应力,WC颗粒受到压应力。拉应力对Co的破坏很大。因此,有研究人员认为,深度冷却引起的表面压应力增加减缓或部分抵消了烧结后冷却过程中键合相产生的拉应力,甚至将其调整为压缩应力,减少微裂纹的产生。

其他强化机制

认为 η 相颗粒与 WC 颗粒一起使基体更加致密和坚固,并且由于 η 相的形成消耗了基体中的 Co。结合相中Co含量的降低提高了材料的整体热导率,碳化物粒径和邻接性的增加也提高了基体的热导率。由于导热系数的增加,工具和模具尖端的散热更快;提高工模具的耐磨性和高温硬度。也有人认为,深冷处理后,由于 Co 的收缩和致密化,Co 对 WC 颗粒的牢固作用得到加强。物理学家认为,深度冷却改变了金属原子和分子的结构。

4.YG20深冷冷镦模一例

YG20冷墩模板深冷处理操作步骤:

(1)将烧结好的冷镦模具放入深冷处理炉;

(2)启动低温回火一体炉,打开液氮,以一定速度降温至–60℃,保温1h;

(3)以一定速度降温至-120℃,保温2h;

(4)以一定的降温速度降温至——190℃,保温4-8h;

(5)保温后按0.5℃/min升温至180℃保温4h

(6)程序设备完成后,自动断电,自然冷却至室温。

结论:未经深冷处理和经深冷处理的YG20冷镦模具为冷镦Φ3.8碳钢螺杆,结果表明经深冷处理后的模具使用寿命比未经深冷处理的模具长15%以上.关于低温处理工艺您可能需要了解的 4 个要点 2

关于低温处理工艺您可能需要了解的 4 个关键点 3
(a) YG20深冷处理前
(b) YG20深冷处理后

可以看出,与深冷处理前相比,深冷处理后YG20中的面心立方钴(fcc)明显减少,ε-Co(hcp)的明显增加也是耐磨性和硬质合金的综合性能。

5.深冷处理工艺的局限性

美国某工模具公司的实际应用结果表明,硬质合金刀片经处理后使用寿命提高2~8倍,而硬质合金拉丝模具经处理后的修整周期由数周延长到几个月。 1990年代,国内开展了硬质合金深冷技术研究,取得了一定的研究成果。

总的来说,目前对硬质合金深冷处理技术的研究还不够发达,不够系统,得出的结论也不一致,需要研究人员进一步深入探索。根据现有研究资料,深冷处理主要提高硬质合金的耐磨性和使用寿命,但对物理性能没有明显影响。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。