低温处理强化工艺(焊接接头).doc

深冷处理工艺及设备一、 什么是深冷处理？深冷处理是将金属在-150℃下进行处理，使柔软的残余奥氏体几乎全部转变成高强度的马氏体，并能减少表面疏松，降低表面粗糙度的一个热处理后工序，当这个工序完成后，不仅仅是表面，几乎可以使整个金属的强度增加，耐磨性增加，韧性增加，其他性能指标改善，从而使得模具和刀具翻新数次后仍然具有高的耐磨性和高的强度，寿命成倍增加而未进行深冷处理的刀剪产品，翻新后寿命会显著降低深冷处理不仅应用于刀剪产品，而且能应用于制作刀剪产品的模具上，同样可以使模具寿命显著提高二、 深冷处理的机理1、 消除残余奥氏体：一般淬火回火后的残余奥氏体在8～20％左右，残余奥氏体会随着时间的推移进一步马氏体化，在马氏体转变过程中，会引起体积的膨胀，从而影响到尺寸精度，并且使晶格内部应力增加，严重影响到金属性能，深冷处理一般能使残余奥氏体降低到2％以下，消除残余奥氏体的影响如果有较多的残余奥氏体，强度降低，在周期应力作用下，容易疲劳脱落，造成附近碳化物颗粒悬空，很快与基体脱落，产生剥落坑，形成较大粗糙度的表面2、 填补内部空隙，使金属表面积即耐磨面增大：深冷处理使得马氏体填补内部空隙，使得金属表面更加密实，使耐磨面积增加，晶格更小，合金成分析出均匀，淬火层深度增加，而且不仅仅是表面，使翻新次数增加，寿命提高。

3、 析出碳化物颗粒：深冷处理不仅减少残余马氏体，还可以析出碳化物颗粒，而且可细化马氏体孪晶，由于深冷时马氏体的收缩迫使晶格减少，驱使碳原子的析出，而且由于低温下碳原子扩散困难，因而形成的碳化物尺寸达纳米级，并附着在马氏体孪晶带上，增加硬度和韧性深冷处理后金属的磨损形态与未深冷的金属显著不同，说明它们的磨损机理不同深冷处理可以使绝大部分残余奥氏体马氏体化，并在马氏体内析出高弥散度的碳化物颗粒，伴随着基体组织的细微化，这种改变无法用传统的金属学，相变理论来解释，也不是以原子扩散形式来进行的，一般 -150℃～－180℃下，原子已经失去了扩散能力，只能以物理学能量观点来解释，其转变机理目前尚未研究清楚因此有待人们进一步探讨4、 减少残余应力；5、 使金属基体更加稳定；6、 使金属材料的强度、韧性增加；7、 使金属硬度提高约HRC1～2；8、 红硬性显著增加；部分材料处理效果Cryogenic Tempering - Documented Gains For All Types Of Metals深冷处理－受益记录 Comparison chart between -120 degree F shallow quenching vs. -310 degree F deep cryogenic tempering对比表：在－80℃下与在-190温度下处理的对比AISI #Description of steel(-80℃)(-190℃D-2High carbon/chromium die steel高碳/铬模具钢(Cr12Mo1V1)316%817%A-2Chromium cold work die steel高铬冷作模具钢(Cr5Mo1V1)204%560%S-7Silicon tool steel硅工具钢(W7Mo4Cr4V2Co5)241%503%52100Bearing steel轴承钢195%420%O-1Oil hardening cold work die steel油淬冷作模具钢(9CrWMn)221%418%A-10Graphite tool steel碳素工具钢230%264%M-1Molybdenum high speed steel钼高速钢（W2Mo8Cr4V）145%225%H-13Chromium/moly hot die steel钨/钼热锻模钢（4Cr5M0SiVl）164%209%M-2Tungsten/moly high speed steel钨/钼高速钢（W6Mo5Cr4V2）117%203%T-1Tungsten high steel steel高钨钢（W18Cr4V）141%176%P-20Mold steel模型钢（3Cr2NiMo）123%130%440Martensitic stainless马氏体不锈钢（9Cr18——）128%121%430Ferritic stainless铁素体不锈钢（1Cr17）116%119%303Austenitic stainless奥氏体不锈钢（Y1Cr18Ni9）105%110%8620Nickel-chromium-moly steel镍铬钼钢（20CrNiMo）112%104%C1020Carbon steel碳钢97%98%AQSGraphitic cast iron石墨铸铁96%97%A-6Manganese air work cold die steel 高锰热轧模具钢73%97%T-2Tungsten high speed steel钨高速钢72%92%国外某公司经过降温+保温48小时后所测的寿命。

Field Test Results实地测试结果Significantly Increased:性能显著增加的项目：Useful Life使用寿命Tool TypeCompanyTool MaterialResultsSewing Needle缝衣针Pant MfgSteel钢6000%Insert插针Engine RebuilderCBN (Diamond)CBM(菱形)400%Broach钻头Auto Mfg.Hi Nickel高镍钢250%Broach钻头Metal Milling Co.Carbide碳化物300%Chipper剪切刀Box Mfg.Carbide碳化物500%Deburring修边刀University StudyInconol耐蚀钢400%Dentistry牙科工具Dentist400 Stainless不锈钢500%Die冲模Casting CompanyHi Ni Alloy高镍合金300%Drills钻头Aircraft MfgM42,M7,C2300%Electrode电极7 StudiesWelding600%End Mill端铣刀Aerospace MfgM42450%Face Mill平面铣刀AerospaceC2 Carbide碳化物400%Gear Cutter齿轮铣刀Major Mfg.Ti-N Coated钛镍涂层350%Hob滚刀Turbine Mfg.M2, M7300%Key Cutter切刀Aircraft Mfg.M2, M7250%Milling铣边刀Aircraft Mfg.M7250%Punching开孔器Major Mfg.M7600%Shredder粉碎工具Paper Mfg.M7400%Slicer切薄片工具Plastics MfgM7600%Stamping Die冲模Steel FurnitureD21000%Tap丝锥Tool MakerC2 Carbide碳化物600%Wood cutting木刨Pro WoodworkerHSS高速钢500%Corrosion耐腐蚀性University StudyS2,M2,4142,316Reduced all Corrosion所有腐蚀现象降低与国内相近钢号：M2-W6Mo5Cr4V2 M7-W6Mo5Cr4V2Co5 M42- W2Mo9Cr4VCo8D2-Cr12Mo1V1 S7-4-2-5- W7Mo4Cr4V2Co5 316-00Cr17Ni14Mo2从以上表格中可以看出：1、 只要经过冷处理，就会有效果2、 同样的深冷处理工艺因材质不同而效果不同3、 同样的深冷处理工艺因工件形状不同而效果不同4、 温度越低，效果越好5、 时间越长，效果越好6、 深冷处理后材料的耐腐蚀性有所提高三、 深冷工艺通常的深冷处理，是按照降温，保温，和升温三个阶段来进行的。

1、 通用的深冷处理工艺：以每分钟降低0.25~0.5℃以内的速度，降低到－185℃，降温时间约12小时，然后保温24～36小时，再缓慢的以每分钟降低0.25~0.5℃以内的速度升到室温或更高温度（＋160℃）以下）吉列公司就是用上述曲线2、各阶段的意义（1）降温阶段缓慢降温的目的是彻底消除残余应力因为淬火和回火的过程中，金属基体内会产生残余应力，在残余奥氏体在向马氏体转变的过程中，发生体积膨胀，也会使得残余应力增加，只有缓慢降温，才能抵消残余应力的增加，并彻底消除残余应力基体内的残余应力一般情况下大家不予重视，但正是基体内的残余应力，使得刀剪产品产生崩裂等缺陷快速降温反而会增加残余应力2） 保温阶段保温的目的是使基体内的残余奥氏体尽可能的全部转变为马氏体，并尽可能多的产生碳化物颗粒，因为残余奥氏体向马氏体转变的过程是个缓慢的过程，保温时间的长短会影响到残余奥氏体转变的量，同时深冷后寿命的高低主要是保温时间的长短来决定的，通常情况下，保温2～4小时性能已经有所改善，但如果是高质量的产品，均需要使用24小时以上的保温时间，寿命的提高倍数与保温时间的长短有直接关系3）升温阶段缓慢升温的过程主要目的就是防止残余应力的产生。

国内深冷处理的研究因设备的限制一般采用液氮直冷法，即工件直接放入液氮内，保温时间比较短，一般保温时间与直径（mm）一致，这种办法会很大程度的增加残余应力，虽性能有所改善，但毕竟不是一种安全可靠的方法升温阶段一般升到室温即可，如果考虑到零件的特殊用途，如工作温度比较高等，可以再缓慢升到+160℃从深冷的机理可以看出，以上的工艺曲线与材料的材质及大小关系不大，只是处理后的效果因材料因素而不同，国外几乎所有的工模具，刀剪，量刃具等都采用这种工艺进行深冷处理，而我国一些企业因为成本的原因，往往采用偷工减料的办法，所以成效不高3、深冷处理最佳时机 一般认为，深冷处理应该在工件淬火回火后两个小时内处理效果最好，因为残余奥氏体随着时间的推移会逐步向马氏体转变，而且转变后的马氏体会进行固化，从而析出碳化物的能力降低四、 深冷处理目前国内外的发展状况上世纪30年代，人们发现在阿尔啤斯雪山放工具一段时间后比较好用，并且用的时间更长美国研究人员于1965年发现深冷处理可以使工模具刀具耐磨性增加，日本、德国、俄罗斯等国诸多学者也相继开展了深冷处理技术的研究工作，上世纪七十年代，美国深冷处理工艺在工模具、刀剪、量具上进行应用，大范围应用是在上世纪八十年代，目前美国和欧洲的模具，刀剪等行业已经应用普遍，并且有很多专业深冷处理加工厂，利用现成的工艺为客户进行深冷处理，并承诺无效退款。

瑞士军刀和吉列公司的剃须刀片均进行过深冷处理。