钢的冷处理和深冷处理
钢的冷却方式
钢的冷却方式
钢的冷却方式主要有以下几种：
1.自然冷却：也称为空冷，是指在自然环境下，让钢材缓慢冷却。
这种方式适用于小型钢材或不需要快速冷却的场合。
2.炉冷：在炉内进行冷却，适用于正火处理等工艺过程。
炉冷可以分为快速冷却和慢速冷却，根据钢材的成分和用途选择合适的冷却速度。
3.水冷：使用水作为冷却介质，对钢材进行快速冷却。
水冷适用于需要提高钢材硬度和韧性的场合。
4.油冷：使用油作为冷却介质，对钢材进行冷却。
油冷适用于高速钢、工具钢等特殊钢材的冷却。
5.恒温冷却：在恒定的温度下进行冷却，以达到一定的组织和性能要求。
恒温冷却常用于精密钢材和特殊钢种的冷却。
6.空冷：与自然冷却类似，但在冷却过程中，通过风扇或压缩空气强制加速钢材的冷却。
空冷适用于大型钢材和长条钢材的冷却。
7.快速冷却：通过高速喷射水流或压缩空气，快速降低钢材温度。
快速冷却适用于要求提高钢材硬度和韧性的场合。
8.控制冷却：根据预定的冷却曲线，通过调节冷却速度和冷却介质来实现钢材的组织和性能要求。
控制冷却常用于生产高质量的钢材。
综上所述，钢的冷却方式多种多样，可以根据钢材的成分、用途和性能要求选择合适的冷却方式。
在实际生产中，常用的冷却方式包括自然冷却、炉冷、水冷、油冷、恒温冷却、空冷、快速冷却和控制冷却等。
一种提高尺寸稳定性的新工艺——深冷处理
究 ，并 对 其机 理 进 行分 析 。
１ ．深冷 处 理 提 高尺 寸 稳定
的Ｓ Ｌ Ｘ 程 序 控制 深 冷 箱处 理 。 （ ２ ）提 高 钢 铁 材 料 的 尺 ｊ ‘ 稳 定性 ＧＣ ｒ Ｉ ５ 、３ ８ Ｃ ｒ Ｍｏ ＡＩ 是机
床 轴 类 零 件 常 用材 料 ，在 实 际使
用 于 实 验 室 的直 观 检 测 。本 文 采
受 力 、热 、磁 或 其 他 外 界 条件 作 用 下 ，其 形状 、尺 寸 不 发 生 变 化
的 性 能 。 目前 在 精 密 加 工 领 域 ，
用 圆环 开 口法 检 测 不 同材 料 不 同
２ Ａ１ １ 以 及 球 墨 铸 铁 材 料 的 深 冷
如 合 金 钢 、模 具 钢 、铝 合 金 等 结
用 过 程 中变 形 严 重 ，从 而影 响机
床 的加 工精 度 。 将 上述 材 料 分 别 进 行 不 的 热 处 理 及 深 冷 处理 工 艺后 ， 圆环 开 口 试 样 的 尺 寸 变 化 率 及 随 时 间的变化结 果如 图 ｌ 所 示 。 由 冈 可 以 看 出 ，ＧＣｒ Ｉ ５ 钢 经过 普 通 热 处 理 后 的 圆环 开 口尺 寸 变化 率较 大 ，随 着 试 样 放 置 时 间 的 延 长 ，
处 理 尺 寸 稳 定化 效 果 进 行 试 验 研
工艺处理后的开 口尺 寸变化率 ，
以 此来 评 价材 料 的 尺 寸稳 定 性 。 深 冷 处 理 工 艺 采 用 自行 研 制
某 些 经过 热处 理 后 的 关 键 零 部 件
在 机 械加 工后 工件 尺 寸 精 度 发 生 变 化 ，不 能 满 足 技 术 要 求 ； 或
构件普遍存在此现象 。提高材料
深冷处理技术在金属材料中的应用
收稿日期:2006-11-15作者简介:邱庆忠(1977-),男,江西赣州人,硕士研究生.第1卷 第2期材料研究与应用V o1 1,N o 22007年6月M A T ERIA L S RESEA RCH A ND AP PL ICAT IONJun 2007文章编号:1673-9981(2007)02-0150-04深冷处理技术在金属材料中的应用邱 庆 忠(华南理工大学机械工程学院,广东广州 501640)摘 要:介绍了金属材料深冷处理技术的发展历史,阐述了国内外深冷处理工艺对工件性能影响的研究及金属材料的深冷处理机理.关键词:深冷处理;残余奥氏体;马氏体中图分类号:T G 249 1 文献标识码:A深冷处理是常规冷处理的延伸,是以液氮为制冷剂在低于-130 的温度对材料进行处理的方法.该法能改变材料的力学性能,可在不降低材料强度及硬度的情况下,显著提高材料的韧性,使其具有广阔的应用前景.1 深冷处理技术的发展与应用深冷处理由苏联科学家于1939年提出.20世纪60年代后期,美国学者发现深冷处理工艺在工具材料及其它工业领域中具有重大的应用价值[1-2].1965年美国Lousiana 技术大学的F.Bar ron 教授研究发现:经深冷处理的模具钢与未经深冷处理的模具钢相比,虽然硬度增加有限,但其磨粒磨损抗力却显著提高,耐磨性比原来提高2 0~6 6倍,且经-190 深冷处理的工件的耐磨性是经-84 冷处理的2 6倍.深冷处理对工具钢的耐磨性有明显提高,而其他钢种变化不大[3].前苏联也较早采用深冷处理来提高高速钢刀具的使用寿命,并进行了大量试验研究[4-5].进入20世纪80年代,各国对深冷技术的研究更加深入.美国的3X Instrum ents &To lling,Material Improvement 及Am ecry 等专业化深冷处理公司对材料进行深冷处理的研究表明,深冷处理可将刀具、磨具、齿轮、轴承、特殊弹簧、硬质合金、高速钢、钴基合金的使用寿命提高5~10倍[6].日本近藤正男研究了深冷处理和马氏体相变的关系;大川雄史研究了深冷处理对SKD 模具钢的使用寿命及SKD11钢耐磨性的影响;山中正喜研究了深冷处理对工具钢(SK3,SKD11,SKS11和SKD51)的耐磨性的影响[7].深冷处理技术在20世纪80年代末传入我国,首先应用于工具钢及模具钢.近年来,深冷处理技术的应用范围逐步从黑色金属扩大到有色金属(铝合金,铜合金)及复合材料等方面.2 深冷处理工艺2 1 深冷方式和深冷速度深冷处理方式可分为液体法和气体法两种.液体法是将工件直接放入液氮中,处理温度为-150 ,该法的缺点是热冲击性大,有时甚至造成工件开裂[8-9].气体法是通过液氮的气化潜热和低温氮气吸热来致冷,处理温度达-196 ,处理效果较好.目前,对深冷速度主要有两种观点:一种认为深冷的升降速度不能太快,即不赞成将工件直接浸入液氮中,因为激冷将导致工件内部的应力增大,易造成工件的变形或开裂.如日本的 深冷急热法 ,工件淬火后不马上进行冷处理,而是先水浴,再放入处理槽中在-80 或-180 下进行冷处理,保温一段时间后立即放入60 热水浴中,使试样快速回温以减少内应力,然后选用不同温度回火1h[10].另一种则认为应快速冷却或升温,这样会使奥氏体更易转变为马氏体,且直浸冷却速率比油淬慢,不易引起材料的变形或开裂.如前苏联的 冲击法 ,被处理的工件直接快速地放入液氮中,深冷到所需的温度后保温5~30min,然后取出放在室温下,待其回复到室温后,再在200~500 的油中回火1h.该方法明显地提高了高速钢刀具的使用寿命.2 2 回火工艺和深冷工艺顺序按回火工艺的顺序,深冷处理可分为回火后深冷与回火前深冷.研究表明:回火前深冷能较大地提高工件的切削性,回火后深冷能大幅度提高工件的力学性能.对于受冲击载荷较大、易弯曲的模具,应采用回火后深冷.而对于要求硬度高、动载荷较大的模具,则选用回火前深冷[11-12].回火后深冷能使硬度较低的奥氏体转变为较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体.对于20号钢而言,采用回火后深冷对其硬度、强度提高不明显,因为中低碳钢淬火后残余奥氏体的数量较少,回火后会形成残余奥氏体稳定体.对于T8钢、3Cr2W8V钢和9SiCr钢,采用回火后深冷能显著提高强度,但冲击韧性下降;采用回火前深冷,T8钢的硬度、韧性不变而抗弯强度提高, 3Cr2W8V钢的硬度、强度、韧性均提高,9SiCr钢的硬度提高不明显,但冲击韧性提高近两倍.2 3 深冷处理的时间和次数深冷处理时间的长短,主要应考虑被处理零件的导热性、体积、冷透所需的时间及残余奥氏体的转化稳定情况等因素,不必考虑奥氏体向马氏体的转变速度.很多学者认为,深冷处理时间长的要比短的效果好,因为长时间深冷可以使钢中的残余奥氏体充分地转变及更有利于碳化物粒子的形成,转变完成后,材料的硬度不会再有明显地变化.工件尺寸越小,完成转变所需的时间越短.关于深冷的次数,一般认为经二次深冷处理效果最佳[13],如前苏联采用的 热循环稳定处理法 .因为经二次深冷可以最大限度地改善材料的力学性能,重复第一次的变化,即细小碳化物的析出,马氏体针(片)的细化以及残余奥氏体向马氏体的转变,经二次深冷后,材料的组织将不再发生变化.材料不同深冷温度也不同,材料硬度的增加也不一样,但有一点可以肯定,深冷处理不会降低材料的原有硬度.2 4 硬度和尺寸的影响材料经深冷处理后硬度有一定的增加,主要是因为深冷处理会使一部分残余奥氏体转变为针状马氏体.硬度的提高取决于深冷处理前残余奥氏体的数量.由于马氏体与奥氏体的比容不同,若深冷处理前的残余奥氏体数量过多,在随后的深冷处理过程中将有大量的残余奥氏体向马氏体转变,从而使工件的尺寸变大,如直径10mm工件的涨量为2 m.因此,可通过深冷处理前的淬火温度来控制深冷处理前的残余奥氏体量.GCr15钢经常规热处理后,基体中存在一定量的残余奥氏体,这种残余奥氏体在零件存放和使用过程中,将部分转变为比容较大的马氏体,从而使零件的尺寸有所增大.这种尺寸的增大极有可能造成精密装配件 卡死 ,一旦发生这种事故,将造成难以预计的损失.对于精密装配件材料,应用深冷处理工艺不但可以提高材料的硬度和耐磨性,而且有利于提高零件尺寸的稳定性,如通过低温深冷处理,提高柴油机运行的可靠性[14].深冷处理能提高工件的冲击韧性,但不同的深冷处理工艺对工件冲击韧性的提高程度不同.一般工件经过不同时间的深冷处理后,冲击韧性会有不同程度地提高,当深冷时间达到一定时,冲击韧性不再有明显地提高.林晓娉等人[13-18]认为,采用多次短时间的深冷处理会较大程度地提高高速钢的冲击韧性.3 深冷处理机理关于有色金属及其它材料的深冷机理研究得较少,而黑色金属(钢铁)的深冷机理研究得较为深入,特别是对现有的机工模具钢的深冷机理,国内外的研究已较为广泛和深入.3 1 碳化物析出从马氏体中析出超细碳化物,从而产生弥散强化.马氏体经-196 深冷处理后体积收缩,Fe的晶格常数有缩小的趋势,从而增强了碳原子析出的驱动力.在低温下碳化物扩散更为困难,扩散距离更短,于是在马氏体的基体上析出了大量的弥散的超151第1卷 第1期 邱庆忠:深冷处理技术在金属材料中的应用微细碳化物.经过深冷处理的工件与没经过深冷处理的工件相比,碳化物体积分数增加了近一倍,大量碳化物的析出,提高了合金的硬度和韧性[19-22].3 2 残余奥氏体的改变低温下残余奥氏体发生分解转变为马氏体,提高了工件的硬度和强度.有学者认为深冷能完全消除残余奥氏体,也有学者认为深冷只能降低残余奥氏体的数量,不能完全消除残余的奥氏体[23].深冷处理还改变了残余奥氏体的形状、分布和亚结构,有利于提高钢的强韧性[24].对合金工具钢和结构钢来说,硬度主要取决于内部残余奥氏体的量.在深冷处理过程中,残余奥氏体的量受两个因素制约:一是深冷处理前材料中奥氏体的量;二是材料的马氏体开始转变点M s和马氏体转变结束点M f.而马氏体开始转变点M s主要取决于钢的化学成分,其中又以碳含量的影响最为显著.一般在易磨损场合使用的热处理钢的常见组织是马氏体、碳化物及残余奥氏体.材料中残余奥氏体的存在,除了降低硬度以外,在使用或保存过程中残余奥氏体还会发生转变,使材料在磨削过程中可能出现裂缝.从这个角度来看,残余奥氏体的存在会损害材料的耐磨性.但是经深冷处理之后的残余奥氏体是相当稳定的组织,此时残余奥氏体处于等轴压力状态,而等轴压力不会引起塑性变形,这部分残余奥氏体很少再发生转变,它在磨损过程中以韧性相出现,起到缓和应力,防止接触疲劳扩展的作用,所以不能简单地说残余奥氏体对材料的耐磨性有益或有害.3 3 组织细化深冷处理能够使马氏体析出弥散碳化物,使组织晶粒细化,从而使工件的强度和韧性得到很大的提高.晶粒细化是指原来粗大的马氏体板条发生了碎化,从马氏体的基体上析出了大量的弥散的超微细碳化物.晶粒细化的效果与深冷处理过程中能否使试样有更大的体积收缩,造成更大的内应力,引进更多的缺陷及内能的增大有关.有学者认为,晶粒细化的原因是由于马氏体点阵常数发生了变化;也有学者认为,马氏体分解析出微细碳化物时造成了组织细化[25-26].3 4 残余应力与原子动能深冷过程中容易在工件缺陷(微孔)、内应力集中的部位及空位表面产生残余应力,这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害,最终表现为磨料磨损抗力的提高.由于原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力,又存在使之分开的动能.深冷处理转移了部分原子间的动能,从而使原子之间的结合更紧密,提高了材料的强度和韧性.此外,深冷处理还能减弱合金结构钢的高温回火脆性,提高不锈钢的耐蚀性等[27].4 结 语深冷处理是提高材料强度和韧性的一种处理工艺,已得到广泛应用.但在工艺的稳定性和对某些材料的作用机理方面的研究还不够深入,阻碍了深冷处理在工业上的大规模应用.随着金属深冷处理技术研究的不断深入,对其机理的研究也会更加全面,这将推动深冷技术在我国材料、机械等行业中的广泛应用.参考文献:[1]DO N AL D R D T he promise o f cry ogenic pro cessing[J] M achine Design,1981,53(2):73-76.[2]T H OM AS P S Deep cry og enics[J] H eat T r eat ing,1986(2):35-38.[3]BO RRO N R F Cr yog enics[J] H eat T reating,1974(6):12.[4]陈凯旋 深冷处理[J] 国外金属加工,1989(4):18.[5]CO L LIN S D N Deep cryo genic treatment o f t ool steels[J] Heat T reatment of M etals,1996(1):40.[6]黄世民 冷处理及其在工业上的应用[J] 材料工程,1992(1):47-51.[7]戴涛,范蜀晋 低温技术的进展(一)[J] 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eatment;residual austenite;m ar tensite153第1卷 第1期 邱庆忠:深冷处理技术在金属材料中的应用。
冰冷处理工艺
冰冷处理工艺冰冷处理技术是一种重要的金属材料处理工艺，主要用于改善金属材料的机械性能和耐久性。
它通过把金属材料冷却到低温并保持一定时间来改善材料的性能，是一种经济有效的处理方法。
冰冷处理的主要目的是改善金属材料的机械性能，包括强度、塑性、韧性、疲劳强度和耐腐蚀性等特性。
它也可以改善材料的结构：去除易受损缺陷和改善材料的组织结构。
此外，冰冷处理还可以改变金属材料的尺寸，使它们更加精确和稳定。
冰冷处理技术有多种处理方式，其中包括熔点冷却、沉积冷却、淬火冷却和深冷冷却等。
这些冷却方法的具体选择取决于材料的性质，处理目的，处理工艺，处理耗费的时间和费用等。
熔点冷却是一种常用的冰冷处理工艺，主要用于钢类材料的凝固。
它的基本原理是把金属从室温升高到熔点温度，然后在熔点温度范围内皆种保持一定时间，使金属材料在原子水平上凝固，从而改善其性能。
沉积冷却也是一种常见的冰冷处理工艺，主要用来改善某些钢类金属材料的性能。
沉积冷却的基本原理是把熔点高于金属材料熔点的金属气体直接沉积到金属材料表面，从而改变金属材料的性质，使它们更加耐磨。
淬火冷却法是一种用于改善金属材料的机械性能的冰冷处理工艺。
它的工艺是先用高温加热金属材料，使它们达到一定的变形度，然后冷却它们，使它们在高温下获得强度。
淬火冷却法不仅可以提高金属材料的强度，而且可以改善金属材料的结构，韧性和疲劳性能。
深冷冷却是一种用于实现大规模金属材料机械性能改善的冰冷处理工艺，它通过将金属材料进行深冷（低于-80℃）处理，使金属材料在原子水平上凝固，从而获得更好的性能。
深冷冷却的主要益处是节约能源、减少污染和改善金属材料的性能，它已经被广泛地应用于科学实验室、制造业和其他工程领域中。
冰冷处理技术在有效改善金属材料性能方面发挥了重要作用，但其处理过程中需要考虑到材料特性、目的和安全性等多方面因素。
因此，在进行冰冷处理前，应该采用最合适的处理方法和参数，以达到理想的处理效果。
深冷处理
深冷处理又称超低温处理：是指在－150℃以下对材料进行处理的一种方法，它是常规冷处理的一种延伸。
深冷处理不仅可以显着提高黑色金属、有色金属合金、碳化物、塑料（包括尼龙、泰弗龙）、硅酸盐等材料的力学性能和使用寿命，稳定尺寸，改善均匀性，减小变形，而且操作简便，不破坏工件，无污染，成本低，具有可观的经济效益和市场前景。
本公司研发的"天寒"超低温金属处理箱，是可以完全替代液氮深冷处理箱的理想设备，解决了液氮在采购、运输及储存等方面的诸多不便，能够为用户降到生产成本，提高工作效率。
采用进口复叠式超低温制冷压缩机组、国际知名品牌零部件生产，性能稳定，运行可靠。
不锈钢内胆、双层保温、外型美观，其噪音低、能耗少，经济实用。
通过采用风扇和自然对流两种散热方式，机器适应高温及脏乱环境的能力大大加强。
以较强的性价比优势逐渐赢得了国内、国际市场的认可。
被广泛应用于金属材料、零件、刀具、转头、五金、模具、轴承等金属材料的低温深冷处理。
将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到低于室温的某一温度，从而改善金属材料性能的低温处理过程。
处理后增加金属工作的耐磨性和尺寸稳定性，使刀具和模具的使用寿命成倍地提高。
（1）可使金属材料中的残余奥氏体含量大幅度降低。
金属材料在从高温到室温的降温过程中，经历由奥氏体到马氏体的结构转变。
这是一个伴有体积膨胀的过程，这种过程持续时间很长，常常需要数年时间才能稳定，并且稳定后仍有12％以上的残余奥氏体。
这给金属精密件带来时间稳定性方面的问题，使一些紧密配合的金属件经过工作一段时间后失效。
（2）使金属结构基体组织上产生的均匀、细微而弥散的炭化物析出。
残余奥氏体的存在是转变遇挫停滞的结果，表现为热处理工艺无法使其结构转变进行彻底，是转变动力严重不足的反映。
实验和理论均表明，这种转变动力只能通过增加高、低温相之间的温差来实现，室温以下直到绝对零度的温度空间正是为提高转变动力留有余地。
冷炉、深冷炉
冷炉、深冷炉
低温冷炉技术是改善金属工件性能的新工艺，低温冷处理大幅度降低金属材料中残余奥氏体，金属材料从高温到温室过程中，以奥氏体到马氏体的结构转变，给金属精密件带来稳定性方面的问题，经过冷处理后可使残余奥氏体含量降低到3%以下，大大提高金属精密件功能。
低温冷处理设备分为冰冷处理（0_－80℃）中冷处理（-80℃_－150℃）和深冷处理（-150℃_－180℃），其冷却剂为液氮（工件从处理到结束，每公斤零件所消耗液氮约为0.25升），冷处理效果直接作用于金属件内部，不限于表面，而是整体效应。
对工件形状和尺寸起到稳定性作用，降低被冷处理件的淬火应力。
广泛用于刀具、量具、模具及精密零部件。
该炉内部采用不锈钢材料制作，外观美观、大方、经久耐用，自动显示和控制操作，方便灵活，保温性能良好。
钢铁材料的冷处理
钢铁材料的冷处理摘要：钢铁材料的冷处理是在钢铁制品制造过程中必不可少的一个环节。
通过冷处理可以提高钢铁材料的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性。
本文主要介绍了钢铁材料冷处理工艺的原理和方法，以及冷处理对钢铁材料性能的影响和应用。
关键词：钢铁材料、冷处理、硬度、强度、韧性、耐腐蚀性、影响、应用正文：一、引言钢铁材料是现代社会的基础建设材料，广泛应用于建筑、船舶、交通工具、机械设备等领域。
钢铁材料的冷处理是钢铁制品制造过程中必不可少的一个环节，可以提高钢铁材料的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性。
二、冷处理的原理和方法1. 冷处理的原理冷处理是指将已经热处理过的钢铁制品通过冷却处理，使其达到所需的性能和应用要求的一种热加工工艺。
冷处理能够改变金属晶体结构和组织，提高材料硬度和强度，并且对材料的韧性和耐腐蚀性也有很大的改善。
2. 冷处理的方法常用的冷处理方法有水淬、油淬、空气冷却等。
其中，水淬是最常用的冷处理方法，其速度较快，可以使钢铁材料迅速冷却，在短时间内达到硬度和强度的要求；油淬速度比水淬慢，能够控制钢铁材料的硬度和强度，同时还能减少材料内部的应力。
三、冷处理对钢铁材料性能的影响1. 冷处理对硬度的影响通过冷处理，钢铁材料的晶体结构和组织会发生改变，从而使材料的硬度得到提高。
通常情况下，冷处理后的钢铁材料的硬度比热处理前提高几倍。
2. 冷处理对强度的影响冷处理可以使钢铁材料的晶体结构更加紧密，内部应力减少，从而提高钢铁材料的强度。
一般来说，冷处理后的钢铁材料的强度比热处理前提高20%以上。
3. 冷处理对韧性的影响冷处理后的钢铁材料虽然具有很高的硬度和强度，但其韧性相对较低。
如果要求钢铁材料既有高硬度和强度，又要具有良好的韧性，可以通过热处理和再次冷处理的方式来实现。
4. 冷处理对耐腐蚀性的影响冷处理对钢铁材料的耐腐蚀性能有很大的影响。
一般来说，冷处理后的钢铁材料的耐腐蚀性会得到提高。
四、冷处理的应用冷处理广泛应用于各种制品制造过程中，例如汽车、机械设备、工具等。
深冷处理工艺
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。
深冷处理工艺
随着机械工业得不断发展,对金属材料得要求也越来越高，如何在材料以及热处理工艺既定得前提下尽量提高金属工件得机械性能及使用寿命,这成为很多热处理行业前沿人士思考并探索得问题。
一、问题得提出:钢材在热处理工艺之后,其硬度及机械性能均大大提高,但热处理后依然有残存得以下问题:1、残余奥氏体。
其比例大约有10%－2０%,由于奥氏体很不稳定,当受到外力作用或环境温度改变时,易转变为马氏体,而奥氏体与马氏体得比容不一样，将造成材料得不规则膨胀,降低工件得尺寸精度。
2、组织晶粒粗大,材料碳化物固溶过饱与。
3、残余内应力。
热处理后得残余内应力将降低材料得疲劳强度以及其她机械性能,在应力释放过程中且易导致工件得变形。
二、深冷工艺得优点:经过国内外许多金属材料研究者得不懈研究,深冷及超深冷处理工艺被认为就是解决以上问题得最优方法,其优点如下：1、它使硬度较低得残余奥氏体转变为较硬得、更稳定得、耐磨性与抗热性更高得马氏体。
2、马氏体得晶界、晶界边缘、晶界内部分解、细化,析出大量超细微得碳化物,过饱与得马氏体在深冷得过程中,过饱与度降低,析出得超细微碳化物,与基体保持共格关系，能使马氏体晶格畸变并减小,微观应力降低,而细小弥散得碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织;同时由于超细微得碳化物析出,均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界催化作用，而基体组织得细化既减弱了杂质元素在晶界得偏聚程度，又发挥了晶界强化作用。
从而使材料得综合力学性能得到三个方面得提高：材料得韧性改善，冲击韧性高，基体抗回火稳定性与抗疲劳性得到提高;耐磨损得性能得到提高；尺寸稳定性提高。
从而达到了强化基体,改善热处理质量,减少回火次数,延长模具寿命得目得。
3、材料经深冷处理后内部热应力与机械应力大为降低,并且由于降温过程中使微孔或应力集中部位产生了塑性流变，而在升温过程中会在此类空位表面产生压应力,这种压应力可以大大减轻缺陷对工件局部性能得损害，从而有效地减少了金属工件产生变形、开裂得可能性。
深冷热处理
深冷热处理
深冷热处理是一种金属加工过程，它通过对金属材料进行热处理或冷处理，以改变其力学性能和结构。
深冷热处理可以使金属材料更加坚固耐用，并达到较高的精度。
通过深冷热处理可以改善金属材料的抗腐蚀性、抗氧化性、抗磨损性、耐热性和易焊性。
深冷热处理包括几种不同类型的处理，如熔炼、拉伸、渗碳和表面处理。
熔炼处理是将金属放入高温的熔池，使之形成一种熔体，然后冷却，以改变其结构。
拉伸处理是利用力学拉伸金属材料来改变其尺寸和形状。
渗碳处理是将碳元素引入钢中，以调节钢的性能，提高其硬度、强度和韧性。
表面处理主要是通过表面抛光、氧化、电镀等方法来改善金属表面的外观和性能。
深冷热处理可以改善金属材料的物理性能，增加其耐磨性、耐摩擦性、耐腐蚀性和耐热性，使金属更加紧凑，减少金属材料易碎性，提高金属材料的整体强度，同时具有一定的弹性。
深冷热处理的另一个重要优点是可以改善金属的冷却速率，从而提高金属材料的精度。
除了改善金属材料的性能外，深冷热处理还具有一些其他的优点。
首先，它可以在短时间内改变金属的结构，并较少出现热变形；其次，它可以将金属的硬度和强度提高一定的程度，从而使金属材料具有较高的特殊性能；最后，深冷热处理可以有效地提高加工质量，并且生产成本相对较低。
综上所述，深冷热处理是一种非常有用的金属加工过程，它可以改善金属的力学性能，提高其耐磨性、耐摩擦性、耐腐蚀性和耐热性，
使金属更加坚固耐用，并达到较高的精度。
同时，它也可以显著提高金属加工的质量和效率，从而有效降低生产成本。
第二章第四节钢材冷加工
二、钢材的时效处理 将经过冷加工后的钢材，在常温下存放15～20 天，或加热至100～200℃并保持2h左右，其屈服强 度、抗拉强度及硬度进一步提高，这个过程称为时 效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。 通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度 较高的钢筋则需采用人工时效。 钢材经冷加工和时效处理后，其性能变化规律 在应力—应变图上明显地得到反映，如图所示。
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三、钢材的热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保 温和冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能的一 种工艺 热处理包括淬火、回火、退火和正火 ⑴ 淬火 将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温，然后 投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加， 强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。 ⑵ 回火 将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织 改变温度以下（150～650 ℃），保温后按一定制度冷 却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力 消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。
四、钢材的焊接
焊接是各种型钢、钢板、钢筋等钢材的主要连接 方式。土木工程的钢结构中，焊接结构要占90%以上。 在钢筋混凝土结构中，大量的钢筋接头、钢筋网片、 钢筋骨架、预埋铁件及钢筋混凝土预制构件的安装等， 都要采用焊接。
（一）钢材焊接的基本方法 钢材的焊接主要采用以下两种基本方法： 1．电弧焊。电弧焊的焊接接头是由基体金属和 焊条金属通过电弧高温熔化联接成一体。 2．接触对焊。接触对焊是通过电流把被焊金属 接头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而成一 体。 焊接过程的特点是：在很短的时间内达到很高的 温度；金属熔化的体积很小；由于金属传热快，故冷 却的速度很快。因此，在焊件中常发生复杂的、不均 匀的反应和变化；存在剧烈的膨胀和收缩。因而易产 生变形、内应力和组织的变化。
轧辊深冷处理
轧辊深冷处理什么是深冷处理？深冷处理，也称为冷轧，是一种采用低温处理的材料加工工艺。
深冷处理的终止温度一般在-80℃至-120℃之间，属于-60℃以下的低温处理。
深冷处理分为两个基本步骤：冷却步骤和回火步骤。
冷却步骤分为轧制和热处理，轧制是把冷轧热处理轧制机或热力轧辊中的材料分成一定厚度和宽度的板材，有利于后面的热处理步骤。
热处理步骤分为冷却和回火，冷却是把分切好的板材放入低温室中，使其冷却，冷却至恒定的温度，以达到机械、化学和结构特性的改变；回火是把冷却后的板材放入热箱中，使其回火，回火至恒定的温度，以使材料重新恢复结构，改善机械性能。
轧制和热处理工艺是深冷处理的重要组成部分，其关键技术之一为轧辊深冷处理，它是一种结合了深冷处理和轧辊的技术，具有轧辊的优点和深冷处理的优点，既可以获得深冷处理的机械性能，又可以减少材料变形。
轧辊深冷处理的主要优点是：深冷处理的优势可以充分发挥，即结构改性、机械性能改善；轧辊工艺的优势也可以充分发挥，可以轧制各种形状和尺寸的板材。
轧辊深冷处理的主要应用是在制造自动变速箱齿轮、传动齿轮及铸件等零件，因其具有抗疲劳性能好，耐磨损性强、可靠性高的优点。
此外，深冷处理还可以改善金属材料的时效性能，延长使用寿命，改善材料的抗疲劳性能和抗冲击性能，提高金属材料的耐腐蚀性、抗热性和抗磨损性等性能。
因此，轧辊深冷处理在工程机械、冶金材料、汽车部件等行业具有重要的应用，它不仅可以提高产品的可靠性，而且可以延长使用寿命，减少成本，使产品更加经济实惠。
总之，轧辊深冷处理是一种采用低温处理的材料加工工艺，具有结构改性、机械性能改善、减少材料变形、抗疲劳性能好、耐磨损性强、可靠性高和时效性能改善等优点，广泛应用于工程机械、冶金材料、汽车部件等行业，能够提高产品的可靠性和使用寿命，使产品更加经济实惠。
深冷工艺原理
深冷工艺原理
深冷处理是指将工件放入液氮中或在液氮中冷却，使工件内部组织发生一系列的变化，以改善工件的组织性能和机械性能。
深冷处理是一种改变表面性能和内部组织的热处理工艺，这种方法在生产过程中不需要进行常规的加热和淬火，可以节省能源，提高生产率。
深冷处理的工艺原理是通过在液氮中冷却，使工件表面的马氏体转化为奥氏体，从而提高工件的表面硬度、耐磨性、抗疲劳强度和疲劳韧性等机械性能。
同时，由于工件内部组织发生变化，可以提高其热加工性能。
深冷处理使钢材在淬火前得到极低的温度，从而可以降低钢材淬火时产生应力集中的可能性。
为了获得理想的组织和性能，选择适当的淬火介质十分重要。
目前常用的淬火介质有水、空气、油、石油焦和二氧化碳等。
深冷处理常用来处理淬火后高温回火钢及工具钢。
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高速钢刀具深冷处理
高速钢淬火回火後的金相组织图1是20世纪40年代M‧Cohen等人对W18Cr4V（简称W18）钢在1,290℃奥氏体化的等温转变曲线，根据此图来讨论W18钢在淬火过程中过冷奥氏体的转变。
其他高速钢钢种亦有相同的转变过程，等温转变的曲线形状也相似，仅仅转变的温度和范围有所不同。
图1W18Cr4V钢等温转变曲线（奥氏体化温度1,290℃）从图1可以看出，经正常奥氏体化後，Ms点约210℃，Mf点约-100℃，转变量约92%，尚有8%的残留奥氏体（rR）。
如果奥氏体化後迅速冷至室温，则rR量在20%～25%。
W6Mo5Cr4V2（简称M2）的碳饱和度略高於W18钢，Ms点较低，约130℃，Mf亦低於前者，淬火後冷至室温的rR量25%～35%，HSS-E和HSS钢等温淬火的rR量可能达40%～50%。
一般情况下，经过3～4次回火，每次回火终冷不可能达到0℃以下的温度，故在组织中或多或少地会保留一定数量的rR。
从测得结果看，为5%或更少些。
各类高速钢淬火後的金相组织为：淬火马氏体+rR+未溶碳化物。
回火过程易发生的偏差，如加热温度和保温时间不足，尤其是冷却未达室温又进行下一次回火，都将增加rR量，回火合格程度分为3级，M2钢回火程度如图2所示。
回火1级为充分，整个视场为黑色回火马氏体，分布着均匀弥散的碳化物；回火2级为一般，个别区域或碳化物堆集处有白色区存在，虽属合格组织，但rR比1级要多；回火3级为回火不足属不合格组织，较大部分有白色区存在，隐约可见淬火晶粒。
正常回火的组织应为回火马氏体+微量的rR+碳化物。
高速钢刀具深冷处理的目的古里亚耶夫在1937年就报道，采用冷处理来改善钢性能事例，其目的是使钢中的残留奥氏体转变成马氏体。
回火组织稳定化。
到了50年代，就有采用-78℃（乾冰）或更高一点的零下温度进行冷处理改善刀具性能的报道，70年代後，由於液N2成本下降，使得工业冷处理的终冷温度大大降低。
现在，采用液N2为制冷剂可将终冷速度控制在-196℃以上的各个温度区，而且可控制降温速度，从相当於炉冷或空冷的速度直至将工件直接投入液N2“淬冷”。
深冷处理
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据分析，深冷处理对硬质合金的作用机理是使组织中的一部分α-Co转变为ε-Co，并在表层产
生一定的残余压应力，从而使材料的性能提高。
2.2.2 深冷处理对铜及铜基合金的作用机理
李智超等人研究了深冷处理对H62黄铜组织和性能的影响，研究结果表明深冷处理可以
体的形状、分布和亚结构，有利于提高钢的强韧性。
科 对合金工具钢和结构钢来说，硬度主要取决于内部残余奥氏体的量。在深冷处理过程中， 国 残余奥氏体的量受两个因素制约：一是深冷处理前材料中奥氏体的量；二是材料的马氏体开
始转变点Ms和马氏体转变结束点Mf。而马氏体开始转变点Ms主要取决于钢的化学成份，其
中中又以碳含量的影响最为显著。材料中残余奥氏体的存在，除了降低硬度以外，在使用或保
形，提高材料的强度和硬度，但是他们对有关的机理没有进行系统的研究，只是笼统的认为
化 是温度产生的应力增加了位错密度而引起的。中南工业大学的陈鼎等人则系统的研究了深冷 理 处理对常用铝合金的性能影响，他们在研究中发现了深冷处理导致铝合金发生晶粒转动的现
象，并就此提出了一系列新的铝合金的深冷强化机制。
院 2.2.4 深冷处理对非晶合金性能的影响及作用和机理 学 关于深冷处理对非晶合金性能的影响，研究发现深冷处理可以改善Co57Ni10Fe5B17非晶
合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)。应用行业遍布于航空航天、精密仪器仪表、摩擦
化 偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。深冷处理技术的出 理 现为低温学在工业中的实际应用和发展开辟了又一个广阔的研究领域。
1.2 深冷处理发展历史
热处理都听说过，冷处理你了解多少？冷处理针对的是高大上的零件
热处理都听说过，冷处理你了解多少？冷处理针对的是高大上的零件随着机械工业的不断发展，对金属材料的要求也越来越高，如何在材料以及热处理工艺既定的前提下尽量提高金属工件的机械性能及使用寿命，这成为很多热处理行业前沿人士思考并探索的问题。
钢材在热处理工艺之后，其硬度及机械性能均大大提高，但热处理后依然有残存的以下问题：1、残余奥氏体。
其比例大约有10%-20%，由于奥氏体很不稳定，当受到外力作用或环境温度改变时，易转变为马氏体，而奥氏体与马氏体的比容不一样，将造成材料的不规则膨胀，降低工件的尺寸精度。
2、组织晶粒粗大，材料碳化物固溶过饱和。
3、残余内应力。
热处理后的残余内应力将降低材料的疲劳强度以及其他机械性能，在应力释放过程中且易导致工件的变形。
经过国内外许多金属材料研究者的不懈研究，深冷及超深冷处理工被认为可以解决以上问题。
一、什么是深冷处理？深冷处理是将金属在-100℃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。
模具钢深冷处理
摘要：指出了对高速钢采用-196℃液氮深冷处理可使组织发生明显变化，有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出，使模具获得较佳的综合力学性能，深冷处理后高速钢模具的使用寿命较常规热处理提高三倍以上，具有十分重要的使用价值。
关键词高速钢模具残留奥氏体超细碳化物使用寿命1 引言高速钢自1903年问世以来，一直是以制造金属切削刀具而著称，随着科学技术的飞跃发展，高速钢的应用范围不断扩大。
从60年代开始，日本以汽车、自行车工业为中心，试用高速钢做模具取得成功，现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。
高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具，特别是Mo系高速钢比W系高速钢韧性更加优越。
高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。
目前我国使用最广泛的高速钢是钨系W18Cr4V（简称18-4-1）钢和钨钼系W6Mo5Cr4V2（简称6-5-4-2）钢[1]。
这两种钢的传统淬火回火工艺特点是：高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次，以获得高硬度和热硬性，工艺规范如表1所示。
主要缺点是在某些场所硬度不足。
为了改善模具强韧性，近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。
表1 高速钢常用热处理规格钢号淬火加热温度范围（℃）回火规范2 深冷处理法原理及工艺过程高速钢的冷处理是在三十年代后期提出的，按传统概念，冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下（一般为-60℃――-70℃），使钢内的残余奥氏体转变为马氏体。
过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理生产周期，即用淬火+冷处理+一次回火来代替处理方法[2]，即在-100℃― -196℃（液氮）处理淬火零件，其后在400℃回火一次，不必需原来2―3次的重复回火。
经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善，耐磨性可提高40%，既缩短回火时间，节省了能量，又明显提高了模具使用寿命。
20世纪70年代以来，国内外对深冷处理的研究工作卓有成效，前苏联、美国、日本等国均已成功利用深冷处理提高工模具的使用寿命、工件的耐磨性及尺寸稳定性。
深冷处理工艺
随着机械工业的不断发展，对金属材料的要求也越来越高，如何在材料以及热处理工艺既定的前提下尽量提高金属工件的机械性能及使用寿命，这成为很多热处理行业前沿人士思考并探索的问题。
一、问题的提出：钢材在热处理工艺之后，其硬度及机械性能均大大提高，但热处理后依然有残存的以下问题：1、残余奥氏体。
其比例大约有10%-20%，由于奥氏体很不稳定，当受到外力作用或环境温度改变时，易转变为马氏体，而奥氏体与马氏体的比容不一样，将造成材料的不规则膨胀，降低工件的尺寸精度。
2、组织晶粒粗大，材料碳化物固溶过饱和。
3、残余内应力。
热处理后的残余内应力将降低材料的疲劳强度以及其他机械性能，在应力释放过程中且易导致工件的变形。
二、深冷工艺的优点：经过国内外许多金属材料研究者的不懈研究，深冷及超深冷处理工艺被认为是解决以上问题的最优方法，其优点如下：1、它使硬度较低的残余奥氏体转变为较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体。
2、马氏体的晶界、晶界边缘、晶界内部分解、细化，析出大量超细微的碳化物，过饱和的马氏体在深冷的过程中，过饱和度降低，析出的超细微碳化物，与基体保持共格关系，能使马氏体晶格畸变并减小，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织；同时由于超细微的碳化物析出，均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界催化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用。
从而使材料的综合力学性能得到三个方面的提高：材料的韧性改善，冲击韧性高,基体抗回火稳定性和抗疲劳性得到提高；耐磨损的性能得到提高；尺寸稳定性提高。
从而达到了强化基体，改善热处理质量，减少回火次数，延长模具寿命的目的。
3、材料经深冷处理后内部热应力和机械应力大为降低，并且由于降温过程中使微孔或应力集中部位产生了塑性流变，而在升温过程中会在此类空位表面产生压应力，这种压应力可以大大减轻缺陷对工件局部性能的损害，从而有效地减少了金属工件产生变形、开裂的可能性。
产品价格背后的加工工艺（一）——钢的热处理和冷处理
产品价格背后的加工工艺（一）——钢的热处理和冷处理导读设备的加工工艺与其质量和价格密切相关，以主轴为例，一般经过淬火之后还要经过退火，以提升主轴表面的硬度，加工工艺的复杂性使其价格有所上升。
今天我们就揭开价格背后的真相，认识一下那些加工过程中的热处理和冷处理！热处理与冷处理hot-working and cold-working热处理：通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能的一种加工工艺。
冷处理：将工件淬火冷却至室温后，立即放置在低于室温的环境下停留一定时间，取出置于室温中，这种低于室温的处理叫冷处理。
热处理的常见工艺common process问：正火与退火有什么区别？答：两者的工艺相比，主要区别是正火的冷却速度稍快。
问：什么是马氏体组织？答：马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。
问：淬火后的钢件为什么不能直接使用？答：因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断，需经过回火。
热处理与冷处理的关系relationship热处理和冷处理有着密切关系，可以说冷处理是热处理的进一步延伸。
钢件淬火冷却到室温立即实行冷处理，由于残留奥氏体的转变、马氏体量的增加，钢的硬度会有稍许提高。
轴承钢冷处理常采用冷冻机和干冰酒精溶液。
冷处理的注意事项attentions1、淬火冷却到室温应立即施行冷处理。
由于在钢的淬火冷却过程中间停留有奥氏体稳定化效应，为了使钢在淬冷到室温，然后继续冷却时有更多的奥氏体转变为马氏体，淬火后应立即施行冷处理。
2、残留奥氏体转变成马氏体的量只取决于冷却达到的温度，与低温下的保持时间无关紧要，因为残留奥氏体—马氏体转变在低温冷却的瞬间即完成，故不必在低温保持，只需使工件从外到里冷透。
3、由于钢淬火后施行冷处理会导致残余应力增大，也会使钢的力学性能发生不利变化，处理不当工件会开裂，故冷处理后必须立即进行低温回火。
4、为了减轻奥氏体稳定化效应，一般钢件淬火后须先冷处理，然后再施行160~175℃的低温回火。