超深冷处理技术-Cryogenic Technology - Metallurgic-
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殘留奧氏體轉變為 馬氏體
析出微細碳化物 消除內應力 耐磨 不易爆裂 增加堅韌度及剛性
超深冷處理實驗
試驗方法
從某粉末冶金廠取一批機加工好後的 132 襯套整形芯棒，芯棒材料為 GCr15 ( 軸承鋼 )。芯棒經正常的淬火及 150℃低溫回火後，隨後進行深 冷處理，深冷溫度分別有 -120℃、-140℃、-160℃和 -196℃五種，保 溫時間分別有1h、2h、4h、和 8h 四個時間。深冷處理後的模具都經低 於 150℃的溫度回火，保溫時間均為1h，並分別測定其硬度。把經深冷 處理的芯棒與同批熱處理而未經深冷處理的芯棒分別裝機測定其壽命， 並用顯微放大鏡分別觀察處理工藝不同的模具的磨損形貌。
超深冷科技
超深冷前
超深冷後
此為在 1000X 的顯微攝影下觀察, 右圖顯示其微結構已改變, 及減少奧氏 體, 這與增加強度、穩定性、及抗磨度有關。
超深冷處理 vs 熱處理
一般金屬熱處理
淬火 回火 表面鍍鈦
殘留奧氏體 產生內應力 不耐磨 脆性大容易爆 裂
超深冷處理
在熱處理後置於 -200°C 以下處理
資料提供
金相科技有限公司
METALLURGIC TECHNOLOGY LIMITED
保持切削刀口鋒利及耐磨損, 減少翻磨份量
嚴重磨損 vs 輕度磨損
未經處理
翻磨深 度較多
經過處理
翻磨深 度較少
刀口放大圖顯示刀鋒經超深冷處理後增加耐磨能力及較少翻磨
超深冷處理的益處 ( 三 )
超深冷與深冷的耐磨改善比較
耐 磨 比 率
數據來源: 美國 ASM 金屬手冊
超深冷處理的綜合優點
只需一次性處理 增加抗磨能力 增加使用耐久性及磨損壽命 提高合金切削刀口鋒利壽命, 減少微爆裂及削損 全面改變金屬結晶粒結構 不受再次表面加工處理或研磨影響 排除熱衝激
超深冷處理的益處 ( 一 )
增強金屬強度與剛性 形態: 奧氏體 – 面心立方
馬氏體 – 體心立方 由於在超深冷過程中, 在分级温度停留到工件内外温度一致后冷卻 及停留，所以能有效地減少相變應力和熱應力，減少淬火變形和 斷裂傾向, 同時由於馬氏體分子結構排列, 使強度增加。
面心立方
體心立方
超深冷處理的益處 ( 二 )
試驗結果:
超深冷處理實驗
超深冷處理溫度 ( °C ) -160
-196 未經深冷處理
保溫時間 ( h ) 1 2 4 8 1 2 4 8
平均使用壽命 4900 5600 5900 6100 6300 6800 7100 7200 3000
硬度 ( HRC ) 62 62 62 62 62 62 62 62 60.5
金相科技有限公司
METALLURGI百度文库 TECHNOLOGY LTD.
超深冷處理技術
金屬加工技術解決方案
超深冷處理介紹
起源: 在有追溯的資料顯示在 1930年代德 國應用在軍事兵器上, 在1940年代開始, 美 國將其轉為工業及民用。 定義: 超深冷指物料需要在 -196°C至 -230°C的環境下作處理。 適用物料: 所有金屬或非金屬物料, 如合金、 碳化物、塑膠 ( 尼龍與鐵氟龍 )、鋁、陶瓷 等。
超深冷處理的綜合優點
將大部份殘留奧氏體轉化為馬氏體 析出超微細碳化物提高碳化結構 釋放留於金屬的內應力 減少脆性 增強物料的拉力、韌性、及穩定性 可兼容其他處理 ( 包括表面處理如電鍍等 ) 減少停機時間與維修, 提高生產力
超深冷處理常見的應用
工業方面: 沖壓、鍛壓、擠壓模具、沖 針、頂針
切削刀具、鑽頭、鉸刀、絲 攻、鋸片
加工機械及零件
軸承、齒輪、活塞、連杆、 曲軸…等等
產品方面: 槍管 汽車引擎 馬達、線圈 哥爾夫球頭 棒球杆 刀片 樂器 縫針 容器…等等
金相科技有限公司
超深冷處理工作流程:
收件 記錄 客戶資料確認
材料分析 制程設定
深冷處理 -190°C ~ -233°C
金相分析 報告 送件安排
一般流程共約需時4天
超深冷科技
當金屬在熱處理加硬至冷卻過程中, 其中的合金與碳產生溶解並結合及 擴散形成奧氏體 ( Austenite ), 在冷卻過程時, 由於低溫產生壓制而形成 馬氏體 ( Martensite ), 而由於馬氏體的最終轉變點 ( Mf ) 非常低, 例如: W18Cr4V ( 高速工具鋼 ) 的 Mf 點為超過 -190°C, 因此淬火冷卻到室溫 會殘留大量奧氏體, 因而降低金屬的硬度、耐磨性和使用壽命, 同時因為 奧氏體的高脆性而容易造成金屬碎裂, 再者, 還有許多物理性能特別是熱 性能和磁性下降。 組織圖示:
Martensite Austenite
超深冷科技
科學性: 由於奧氏體在低溫環境下非常不穩固及易 變, 因此只要將金屬置於超低溫環境下, 在 一定時間後, 其中的奧氏體會轉化成馬氏體, 內應力因而消除, 同時在超低溫中物料會析 出微細碳化物, 這些超微細結晶體會使物料 的強度提高, 馬氏體本身特性為耐磨, 因此 提高物料的耐磨性與強度。
析出微細碳化物 消除內應力 耐磨 不易爆裂 增加堅韌度及剛性
超深冷處理實驗
試驗方法
從某粉末冶金廠取一批機加工好後的 132 襯套整形芯棒，芯棒材料為 GCr15 ( 軸承鋼 )。芯棒經正常的淬火及 150℃低溫回火後，隨後進行深 冷處理，深冷溫度分別有 -120℃、-140℃、-160℃和 -196℃五種，保 溫時間分別有1h、2h、4h、和 8h 四個時間。深冷處理後的模具都經低 於 150℃的溫度回火，保溫時間均為1h，並分別測定其硬度。把經深冷 處理的芯棒與同批熱處理而未經深冷處理的芯棒分別裝機測定其壽命， 並用顯微放大鏡分別觀察處理工藝不同的模具的磨損形貌。
超深冷科技
超深冷前
超深冷後
此為在 1000X 的顯微攝影下觀察, 右圖顯示其微結構已改變, 及減少奧氏 體, 這與增加強度、穩定性、及抗磨度有關。
超深冷處理 vs 熱處理
一般金屬熱處理
淬火 回火 表面鍍鈦
殘留奧氏體 產生內應力 不耐磨 脆性大容易爆 裂
超深冷處理
在熱處理後置於 -200°C 以下處理
資料提供
金相科技有限公司
METALLURGIC TECHNOLOGY LIMITED
保持切削刀口鋒利及耐磨損, 減少翻磨份量
嚴重磨損 vs 輕度磨損
未經處理
翻磨深 度較多
經過處理
翻磨深 度較少
刀口放大圖顯示刀鋒經超深冷處理後增加耐磨能力及較少翻磨
超深冷處理的益處 ( 三 )
超深冷與深冷的耐磨改善比較
耐 磨 比 率
數據來源: 美國 ASM 金屬手冊
超深冷處理的綜合優點
只需一次性處理 增加抗磨能力 增加使用耐久性及磨損壽命 提高合金切削刀口鋒利壽命, 減少微爆裂及削損 全面改變金屬結晶粒結構 不受再次表面加工處理或研磨影響 排除熱衝激
超深冷處理的益處 ( 一 )
增強金屬強度與剛性 形態: 奧氏體 – 面心立方
馬氏體 – 體心立方 由於在超深冷過程中, 在分级温度停留到工件内外温度一致后冷卻 及停留，所以能有效地減少相變應力和熱應力，減少淬火變形和 斷裂傾向, 同時由於馬氏體分子結構排列, 使強度增加。
面心立方
體心立方
超深冷處理的益處 ( 二 )
試驗結果:
超深冷處理實驗
超深冷處理溫度 ( °C ) -160
-196 未經深冷處理
保溫時間 ( h ) 1 2 4 8 1 2 4 8
平均使用壽命 4900 5600 5900 6100 6300 6800 7100 7200 3000
硬度 ( HRC ) 62 62 62 62 62 62 62 62 60.5
金相科技有限公司
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超深冷處理技術
金屬加工技術解決方案
超深冷處理介紹
起源: 在有追溯的資料顯示在 1930年代德 國應用在軍事兵器上, 在1940年代開始, 美 國將其轉為工業及民用。 定義: 超深冷指物料需要在 -196°C至 -230°C的環境下作處理。 適用物料: 所有金屬或非金屬物料, 如合金、 碳化物、塑膠 ( 尼龍與鐵氟龍 )、鋁、陶瓷 等。
超深冷處理的綜合優點
將大部份殘留奧氏體轉化為馬氏體 析出超微細碳化物提高碳化結構 釋放留於金屬的內應力 減少脆性 增強物料的拉力、韌性、及穩定性 可兼容其他處理 ( 包括表面處理如電鍍等 ) 減少停機時間與維修, 提高生產力
超深冷處理常見的應用
工業方面: 沖壓、鍛壓、擠壓模具、沖 針、頂針
切削刀具、鑽頭、鉸刀、絲 攻、鋸片
加工機械及零件
軸承、齒輪、活塞、連杆、 曲軸…等等
產品方面: 槍管 汽車引擎 馬達、線圈 哥爾夫球頭 棒球杆 刀片 樂器 縫針 容器…等等
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超深冷處理工作流程:
收件 記錄 客戶資料確認
材料分析 制程設定
深冷處理 -190°C ~ -233°C
金相分析 報告 送件安排
一般流程共約需時4天
超深冷科技
當金屬在熱處理加硬至冷卻過程中, 其中的合金與碳產生溶解並結合及 擴散形成奧氏體 ( Austenite ), 在冷卻過程時, 由於低溫產生壓制而形成 馬氏體 ( Martensite ), 而由於馬氏體的最終轉變點 ( Mf ) 非常低, 例如: W18Cr4V ( 高速工具鋼 ) 的 Mf 點為超過 -190°C, 因此淬火冷卻到室溫 會殘留大量奧氏體, 因而降低金屬的硬度、耐磨性和使用壽命, 同時因為 奧氏體的高脆性而容易造成金屬碎裂, 再者, 還有許多物理性能特別是熱 性能和磁性下降。 組織圖示:
Martensite Austenite
超深冷科技
科學性: 由於奧氏體在低溫環境下非常不穩固及易 變, 因此只要將金屬置於超低溫環境下, 在 一定時間後, 其中的奧氏體會轉化成馬氏體, 內應力因而消除, 同時在超低溫中物料會析 出微細碳化物, 這些超微細結晶體會使物料 的強度提高, 馬氏體本身特性為耐磨, 因此 提高物料的耐磨性與強度。