深冷处理的优点及最新进展

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深冷处理的优点及最新进展

所谓冷处理，一般将0～100℃的冷处理定义为普通冷处理，将-130℃以下的处理称为深冷处理，它是最新的强韧化处理工艺之一。深冷处理按照工艺可分为深冷急热法和冷热循环法两种。冷热循环稳定化处理是先将零件冷却到—40℃～—90℃或者更底的温度，保温一定时间，然后再把零件加热到不致降低零件机械性能的某一温度（通常为80℃～190℃），保温一段时间并重复多次这种循环过程。“冷处理急热法”是日本大和久重雄提出的方法，该方法是将工、模具淬火后，不立即进行冷处理，先水浴后再置于处理槽当中于—80℃或—180℃下处理。即—80℃为普通冷处理；—180℃为深冷处理，保温时间按每英寸体积为1小时计算。保温后取出放入热水中快速加热。

在美国、前苏联、日本等国，不但把深冷技术用于高速钢、轴承钢、模具钢，以提高材料的耐磨性和强韧性，进而提高工件的整体使用寿命，同时还利用深冷技术对铝合金、铜合金、硬质合金、塑料、玻璃等进行深冷改性。改善均匀性、稳定尺寸、减小变形、提高使用寿命。

⑵ 深冷处理机理

钢的淬火过程就是使钢获得马氏体的过程，而淬火不能使钢中奥氏体全部转变为淬火组织，各种钢材热处理后都有部分奥氏体残存，其残存量随钢种及加热温度不同而变化，同时还有一定量的残余应力存在。它们存在对工件的使用性能会产生或多或少的影响，深冷处理能使钢中奥氏体进一步转变为马氏体，并能改善和消除钢中残余应力的分布，析出更多的细小碳化物，从而起到弥散强化的作用，对无相变材料能使晶界发生畸变，从而增强基体性能。

⑶ 深冷处理的优点

SSZ处理的最大优点是因γR的马氏体化使得工件硬度升高，从而提高了工件的耐蚀磨碎性能。同时，防止时效变形，帕伦博士的研究表明，经深冷处理的工件具有下述优点：

① γR在实质上已近乎完全转变为M；

② 与未经SSZ处理的工件或经普通冷处理之工件相比耐磨性得以提高；

③ 进行了组织的细化和细小碳化物的析出过程；

④ 硬度与CSZ处理工件几乎相同。

⑷ 深冷处理注意事项

① 不得将淬火时未冷至室温的工件直接放入深冷装置，以免开裂。

② 冷至室温的工件应尽快放入深冷装置，以免使奥氏体稳定化，影响处理效果。

③ 一般钢深冷处理前不应回火，高速钢可在回火一次后进行深冷处理。

深冷处理研究的最新进展

近十多年以来特别是近两年来，国内以甘肃理工大学、河北工学院和中南工业大学等高校为首的科研机构一直致力于对工具钢、模具钢、刃具钢、量具钢以及有色金属的深冷处理的工艺及机理研究，并取得了一定的成果，部分成果已经应用于生产，还有一些成果处于中试阶段。

如甘肃工业大学对高速钢W18Cr4V深冷后发现，不仅合金的强韧性、耐磨性有所提高，用其制造的工模具使用寿命可以提高2～5倍，在解释这一现象时，不仅仅局限于残余奥氏体向马氏体转变、晶粒细化、析出弥散的碳化物等传统的机理，而是提出了自己全新的、更加详细的解释。

①模具材料在多次冲击条件下的韧性与残余奥氏体的形态及分布有关，刀具材料的强度与红硬性与马氏体脱溶微细碳花物有关。

②通过TEM观察证明，深冷处理有弥散碳化物分布在马氏体的挛晶带上，其直径在3～10nm，该碳化物的晶体结构为M6C型。

③通过X衍射晶体结构分析发现，深冷处理后马氏体晶格的轴比降低，这也证明了马氏体发生了碳化物脱溶分解。

④借助自行设计的低温动态组织计算机处理系统观察到金属材料在深冷处理过程中残余奥氏体向马氏体原位动态组织转变，并且残余奥氏体向马氏体转变时存在孕育时间，转变首先发生在试块的边缘附近，然后向内部深处发展。在-196℃有明显的等温马氏体转变。同时还发现深冷处理后的激烈升温阶段也发生少量的马氏体转变，但转变速度较慢，转变量较少。

⑤通过正电子湮没试验发现深冷处理后点缺陷密度有所变化。黑色金属在深冷处理后的点缺陷密度有所上升，有色金属在深冷处理后的点缺陷密度有所下降。点缺陷密度的变化对金属材料的性能有很多的影响，如有色金属铜合金经过深冷处理的空位密度下降，将使材料的电阻率有所下降，强度有所上升，密度增加等。