深冷處理工藝

1、隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)金屬材料的要求也越來(lái)越高，如何在材料以及熱處理工藝既定的前提下盡量提高金屬工件的機(jī)械性能及使用壽命，這成為很多熱處理行業(yè)前沿人士思考并探索的問(wèn)題刁、問(wèn)題的提出：鋼材在熱處理工藝之后，其硬度及機(jī)械性能均大大提高，但熱處理后依然有殘存的 以下問(wèn)題：1、殘余奧氏體。其比例大約有 10%-20%，由于奧氏體很不穩(wěn)定，當(dāng)受到外力作用或環(huán)境溫度改變時(shí)，易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而奧氏體與馬氏體的比容不一樣，將造成材料的不 規(guī)則膨脹，降低工件的尺寸精度。2、組織晶粒粗大，材料碳化物固溶過(guò)飽和。3、殘余內(nèi)應(yīng)力。熱處理后的殘余內(nèi)應(yīng)力將降低材料的疲勞強(qiáng)度以及其他機(jī)械性能，在應(yīng)力釋放過(guò)程中且易導(dǎo)致工

2、件的變形。、深冷工藝的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外許多金屬材料研究者的不懈研究，深冷及超深冷處理工藝被認(rèn)為是解決 以上問(wèn)題的最優(yōu)方法，其優(yōu)點(diǎn)如下：1、它使硬度較低的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檩^硬的、更穩(wěn)定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體。2、馬氏體的晶界、晶界邊緣、晶界內(nèi)部分解、細(xì)化，析出大量超細(xì)微的碳化物，過(guò)飽和的馬氏體在深冷的過(guò)程中，過(guò)飽和度降低，析出的超細(xì)微碳化物，與基體保持共格 關(guān)系，能使馬氏體晶格畸變并減小，微觀應(yīng)力降低，而細(xì)小彌散的碳化物在材料塑性變形時(shí)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體組織；同時(shí)由于超細(xì)微的碳化物析出，均勻分布 在馬氏體基體上，減弱了晶界催化作用，而基體組織的細(xì)化既減弱了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚

3、程度，又發(fā)揮了晶界強(qiáng)化作用。從而使材料的綜合力學(xué)性能得到三個(gè)方面的提高： 材料的韌性改善，沖擊韌性高 , 基體抗回火穩(wěn)定性和抗疲勞性得到提高；耐磨損的性能得 到提高；尺寸穩(wěn)定性提高。從而達(dá)到了強(qiáng)化基體，改善熱處理質(zhì)量，減少回火次數(shù)，延 長(zhǎng)模具壽命的目的。3、材料經(jīng)深冷處理后內(nèi)部熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力大為降低，并且由于降溫過(guò)程中使微孔或應(yīng)力集中部位產(chǎn)生了塑性流變，而在升溫過(guò)程中會(huì)在此類空位表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，這種壓應(yīng)力可以大大減輕缺陷對(duì)工件局部性能的損害， 從而有效地減少了金屬工件產(chǎn)生變形、 開(kāi)裂的可能性。三、深冷工藝的生產(chǎn)使用效果1、高速鋼冷作模具深冷處理不同處理工藝對(duì) W6Cr5Mo4V2Co(M鋼殘

4、留奧氏體的影響(體積百分?jǐn)?shù) %熱處理工藝殘留奧氏體 AR1240r淬火+560CX 1hX 3次回火10-196 C深冷處理深冷處理過(guò)程中，大量的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，特別是過(guò)飽和的亞穩(wěn)定馬氏體2060A并與基體保持在從-196 r至室溫過(guò)程中會(huì)降低過(guò)飽和度，析出彌散、尺寸僅為共格關(guān)系的超微細(xì)碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減小，微觀應(yīng)力降低，而細(xì)小彌散的 碳化物在材料塑性變形時(shí)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體組織。同時(shí)由于超微細(xì)碳化 物顆析出，均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界催化作用，而基體組織的細(xì)化既減弱60HRC了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚程度，又發(fā)揮了晶界強(qiáng)化作用，從而改善了高速鋼的性能，使硬

5、度、沖擊韌性和耐磨性都顯著提高。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由 提高至62-63HRC模具耐磨性增加30%-40%可看出深冷處理后模具的相對(duì)耐磨性提高 40%，延長(zhǎng)深冷處理時(shí)間后， 在硬度沒(méi)有太 大變化的情況下，相對(duì)耐磨性有所增大。舉實(shí)例說(shuō)明： (1)凸模：汽車廠的高速鋼凸模， 未經(jīng)深冷處理時(shí)只能使用10萬(wàn)次，而采用液氮經(jīng)-196 rx 4h深冷處理后再400r回火,使用壽命提高到 130萬(wàn)次。2)沖壓凹模：生產(chǎn)使用結(jié)果表明，深冷處理后產(chǎn)量提高二倍多。3)硅鋼片冷沖模：為降低模具深冷處理后的脆性和內(nèi)應(yīng)力，將深冷處理與中溫回火相配合，可改善模具抗破壞性及其它綜合性能，模具的刃磨壽命提高 3

6、 倍以上，穩(wěn)定 在57萬(wàn)沖次。經(jīng)過(guò)深冷或超深冷處理的精密量具，尺寸穩(wěn)定性、耐磨性有顯著的提高。2、H13鋼鋁型材熱擠模具深冷處理H13(4Cr5MoSiV1)鋼是國(guó)外廣泛應(yīng)用的一種熱作模具鋼。 在我國(guó)近幾年來(lái)H13鋼被普 遍推廣用于制造鋁型材熱作模具。 鋁型材熱擠壓模具在生產(chǎn)過(guò)程中受高溫(4500C-5200Q ,高壓及鋁材的劇烈摩擦作用，模具的失效主要是由于磨損和熱疲勞， 以及熱處理不當(dāng) , 導(dǎo)致早期失效(如斷裂、軟、塌、缺等因素) 。目前，國(guó)內(nèi)模具平均使 用壽命與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距。熱處理技術(shù)和表面處理技術(shù)的落后是造成模 具壽命低的主要原因。經(jīng)深冷處理使 H13合金鋼的組織發(fā)生以

7、下三個(gè)變化：1)殘余奧氏體一部分乃至全部轉(zhuǎn)變成馬氏體； 2)殘余奧氏體的殘余部分組織相對(duì)穩(wěn)定，其組織內(nèi)部細(xì)化，所以得到強(qiáng)化，對(duì)韌性作出貢獻(xiàn)； 3)材料的韌性改善，沖擊韌性高；舉例如下：試驗(yàn)工件為鋁型材擠壓模。工件經(jīng)機(jī)械加工，但未進(jìn)行精細(xì)加工，按模具常規(guī)熱處 理工藝：1040C淬火5800(兩次)回火，氮化。模具常規(guī)熱處理 +深冷處理工藝：、10400淬火5800兩次回火，深冷(-196 0X 24h), 1500X 30min 回火，氮化。、10400淬火5900兩次回火，深冷(-196 0x 24h)，1000X 30min回火，氮化。深冷處理工藝 (2) 的兩套模具交鋁型材廠生產(chǎn)使用，結(jié)果

8、其中一套生產(chǎn)出合格型材 噸，該廠認(rèn)為模具效果不錯(cuò)；工藝 (1) 的兩套模具在另一鋁型材廠使用，生產(chǎn)量達(dá)到噸 /套。按所生產(chǎn)型材壁厚偏差的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，一般只能產(chǎn)出鋁型材 4-5 噸的水平；經(jīng)過(guò) 深冷處理的兩副模具已經(jīng)超過(guò)上述產(chǎn)量水平。拉出的型材產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，主要表現(xiàn)在型材光潔度高，截面均勻性好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本說(shuō)明，按深冷處理工藝(1)，處理H13鋼鋁型材熱作擠壓模具，能提高使用壽命 40%以上。3、Cr12MoV鋼冷鐓模深冷處理Cr12MoV鋼具有高的含碳量和含鉻量，能形成大量碳化物和高合金度的馬氏體， 使鋼 具有高硬度，高耐磨性。同時(shí)，鉻又使鋼具有高的淬透性和回火穩(wěn)定性，鉬增加了鋼的淬透性并且

9、細(xì)化晶粒， 釩既可以細(xì)化晶粒又可以增加材料的韌性， 又能形成高硬度的 VC，以進(jìn)一步增加鋼的耐磨性，所以 Cr12MoV鋼是制造冷作模具廣泛使用的材料.?以Cr12MoV鋼硅鋼片凸模為例:制造工藝為：下料-鍛造-球化退火-機(jī)加工-最終熱處理-磨削。最終熱處理工 藝為：淬火加熱溫度 10300，回火 2200。雖然在機(jī)加工之前，毛坯經(jīng)過(guò)改鍛，但熱處 理后模具使用壽命不高。(1) 凸模失效分析通過(guò)對(duì) 26個(gè)失效的凸模分析，發(fā)現(xiàn)模具失效的原因是劈裂與折斷，其折斷位置基本處于凸模長(zhǎng)度方向的中間位置，劈裂位置全部處于韌口底部，凸模斷裂前后的尺寸和形狀沒(méi)有變化，在斷裂過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何塑性變形，全是脆性斷裂。失效凸?；瘜W(xué)成 分：、金相組織：回火馬氏體碳化物殘余奧氏體，其中殘余奧氏體含量較多，碳化物大小不均，有的顆粒較大，且大塊碳化物還帶有棱角。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)W6Mo_SCr4V高速鋼絲錐深冷處理性能影響的四大因素為：深冷溫度、 深冷保溫時(shí)間、回火溫度和冷卻速度，其中影響最大的因素為深冷溫度。因此，在深冷處理的實(shí)