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金属材料深冷处理工艺介绍

文章出处:www.jnslx.com 人气:发表时间:2019-03-13 10:13

金属材料深冷处理工艺介绍
随着工艺技术的不断发展,对于金属材料的要求越来越高,热处理作为一种改善材料性能较为有效的方法,依然不能满足其要求。深冷处理作为一种材料处理方法,越来越多地被发现可有效解决热处理残留的问题,更大程度上改善材料性能。那么,什么是深冷处理工艺呢?
金属材料深冷处理工艺介绍
一、什么是材料深冷处理?
深冷处理是将金属材料放置在-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。
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。
填补内部空隙,使金属表面积即耐磨面增大:
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。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;
三、 深冷工艺的处理过程
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、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℃。
四、深冷处理最佳时机
一般认为,深冷处理应该在工件淬火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。
五、 影响深冷效果的因素
1、 同样的深冷处理工艺因材质不同而效果不同;
2、 同样的深冷处理工艺因工件形状不同而效果不同;
3、 温度越低,效果越好;
4、 时间越长,效果越好;
5、 深冷处理后材料的耐腐蚀性有所提高
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