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。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)致工件的變形。
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被認(rèn)為可以解決以上問(wèn)題。
一、 什么是深冷處理？
深冷處理是將金屬在-100℃下進(jìn)行處理，使柔軟的殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)度的馬氏體，并能減少表面疏松，降低表面粗糙度的一個(gè)熱處理后工序，當(dāng)這個(gè)工序完成后，不僅僅是表面，幾乎可以使整個(gè)金屬的強(qiáng)度增加，耐磨性增加，韌性增加，其他性能指標(biāo)改善，從而使得模具和刀具翻新數(shù)次后仍然具有高的耐磨性和高的強(qiáng)度，壽命成倍增加。而未進(jìn)行深冷處理的刀剪產(chǎn)品，翻新后壽命會(huì)顯著降低。深冷處理不僅應(yīng)用于刀剪產(chǎn)品，而且能應(yīng)用于制作刀剪產(chǎn)品的模具上，同樣可以使模具壽命顯著提高
二、深冷處理的機(jī)理
1、 消除殘余奧氏體：
一般淬火回火后的殘余奧氏體在8～20％左右，殘余奧氏體會(huì)隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步馬氏體化，在馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，會(huì)引起體積的膨脹，從而影響到尺寸精度，并且使晶格內(nèi)部應(yīng)力增加，嚴(yán)重影響到金屬性能，深冷處理一般能使殘余奧氏體降低到2％以下，消除殘余奧氏體的影響。如果有較多的殘余奧氏體，強(qiáng)度降低，在周期應(yīng)力作用下，容易疲勞脫落，造成附近碳化物顆粒懸空，很快與基體脫落，產(chǎn)生剝落坑，形成較大粗糙度的表面。
2、 填補(bǔ)內(nèi)部空隙，使金屬表面積即耐磨面增大：
深冷處理使得馬氏體填補(bǔ)內(nèi)部空隙，使得金屬表面更加密實(shí)，使耐磨面積增加，晶格更小，合金成分析出均勻，淬火層深度增加，而且不僅僅是表面，使翻新次數(shù)增加，壽命提高。
3、 析出碳化物顆粒：
深冷處理不僅減少殘余馬氏體，還可以析出碳化物顆粒，而且可細(xì)化馬氏體孿晶，由于深冷時(shí)馬氏體的收縮迫使晶格減少，驅(qū)使碳原子的析出，而且由于低溫下碳原子擴(kuò)散困難，因而形成的碳化物尺寸達(dá)納米級(jí)，并附著在馬氏體孿晶帶上，增加硬度和韌性。深冷處理后金屬的磨損形態(tài)與未深冷的金屬顯著不同，說(shuō)明它們的磨損機(jī)理不同。
深冷處理可以使絕大部分殘余奧氏體馬氏體化，并在馬氏體內(nèi)析出高彌散度的碳化物顆粒，伴隨著基體組織的細(xì)微化，這種改變無(wú)法用傳統(tǒng)的金屬學(xué)，相變理論來(lái)解釋?zhuān)膊皇且栽訑U(kuò)散形式來(lái)進(jìn)行的，一般 -150℃～－180℃下，原子已經(jīng)失去了擴(kuò)散能力，只能以物理學(xué)能量觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋?zhuān)滢D(zhuǎn)變機(jī)理目前尚未研究清楚。因此有待人們進(jìn)一步探討。
4、 減少殘余應(yīng)力；
5、 使金屬基體更加穩(wěn)定；
6、 使金屬材料的強(qiáng)度、韌性增加；
7、 使金屬硬度提高約HRC1～2；
8、 紅硬性顯著增加；
三、 深冷工藝
通常的深冷處理，是按照降溫，保溫，和升溫三個(gè)階段來(lái)進(jìn)行的。
1、 通用的深冷處理工藝：
以每分鐘降低0.25~0.5℃以?xún)?nèi)的速度，降低到－185℃，降溫時(shí)間約12小時(shí)，然后保溫24～36小時(shí)，再緩慢的以每分鐘降低0.25~0.5℃以?xún)?nèi)的速度升到室溫或更高溫度（＋160℃）
吉列公司就是用上述曲線(xiàn)。
2、各階段的意義
（1）降溫階段
緩慢降溫的目的是徹底消除殘余應(yīng)力。因?yàn)榇慊鸷突鼗鸬倪^(guò)程中，金屬基體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在殘余奧氏體在向馬氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，發(fā)生體積膨脹，也會(huì)使得殘余應(yīng)力增加，只有緩慢降溫，才能抵消殘余應(yīng)力的增加，并徹底消除殘余應(yīng)力。基體內(nèi)的殘余應(yīng)力一般情況下大家不予重視，但正是基體內(nèi)的殘余應(yīng)力，使得刀剪產(chǎn)品產(chǎn)生崩裂等缺陷。快速降溫反而會(huì)增加殘余應(yīng)力。
（2） 保溫階段
保溫的目的是使基體內(nèi)的殘余奧氏體盡可能的全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并盡可能多的產(chǎn)生碳化物顆粒，因?yàn)闅堄鄪W氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程是個(gè)緩慢的過(guò)程，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響到殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的量，同時(shí)深冷后壽命的高低主要是保溫時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定的，通常情況下，保溫2～4小時(shí)性能已經(jīng)有所改善，但如果是高質(zhì)量的產(chǎn)品，均需要使用24小時(shí)以上的保溫時(shí)間，壽命的提高倍數(shù)與保溫時(shí)間的長(zhǎng)短有直接關(guān)系。
（3）升溫階段
緩慢升溫的過(guò)程主要目的就是防止殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。
國(guó)內(nèi)深冷處理的研究因設(shè)備的限制一般采用液氮直冷法，即工件直接放入液氮內(nèi)，保溫時(shí)間比較短，一般保溫時(shí)間與直徑（mm）一致，這種辦法會(huì)很大程度的增加殘余應(yīng)力，雖性能有所改善，但畢竟不是一種安全可靠的方法。
升溫階段一般升到室溫即可，如果考慮到零件的特殊用途，如工作溫度比較高等，可以再緩慢升到+160℃。
從深冷的機(jī)理可以看出，以上的工藝曲線(xiàn)與材料的材質(zhì)及大小關(guān)系不大，只是處理后的效果因材料因素而不同，國(guó)外幾乎所有的工模具，刀剪，量刃具等都采用這種工藝進(jìn)行深冷處理，而我國(guó)一些企業(yè)因?yàn)槌杀镜脑颍捎猛倒p料的辦法，所以成效不高
3、深冷處理最佳時(shí)機(jī)
一般認(rèn)為，深冷處理應(yīng)該在工件淬火兩個(gè)小時(shí)內(nèi)處理效果最好，因?yàn)闅堄鄪W氏體隨著時(shí)間的推移會(huì)逐步向馬氏體轉(zhuǎn)變，而且轉(zhuǎn)變后的馬氏體會(huì)進(jìn)行固化，從而析出碳化物的能力降低。
四、常用適合深冷處理的鋼材
GB/T 25743有關(guān)深冷處理工藝的分類(lèi)
五、 影響深冷效果的因素
1、 同樣的深冷處理工藝因材質(zhì)不同而效果不同
2、 同樣的深冷處理工藝因工件形狀不同而效果不同
3、 溫度越低，效果越好
4、 時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好
5、 深冷處理后材料的耐腐蝕性有所提高
六、 深冷處理目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
上世紀(jì)30年代，人們發(fā)現(xiàn)在阿爾啤斯雪山放工具一段時(shí)間后比較好用，并且用的時(shí)間更長(zhǎng)。
美國(guó)研究人員于1965年發(fā)現(xiàn)深冷處理可以使工模具刀具耐磨性增加，日本、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)諸多學(xué)者也相繼開(kāi)展了深冷處理技術(shù)的研究工作，上世紀(jì)七十年代，美國(guó)深冷處理工藝在工模具、刀剪、量具上進(jìn)行應(yīng)用，大范圍應(yīng)用是在上世紀(jì)八十年代，目前美國(guó)和歐洲的模具，刀剪等行業(yè)已經(jīng)應(yīng)用普遍，并且有很多專(zhuān)業(yè)深冷處理加工廠(chǎng)，利用現(xiàn)成的工藝為客戶(hù)進(jìn)行深冷處理，并承諾無(wú)效退款。瑞士軍刀和吉列公司的剃須刀片均進(jìn)行過(guò)深冷處理。
我國(guó)深冷處理的研究相對(duì)較晚，真正理論性的研究幾乎很少，大部分是一些外資企業(yè)進(jìn)到中國(guó)后帶來(lái)的技術(shù)，主要應(yīng)用在一些旨在消除殘余奧氏體等簡(jiǎn)單應(yīng)用上，對(duì)于深層次的應(yīng)用尚待時(shí)機(jī)，特別是刀剪行業(yè)，更是微乎其微。質(zhì)量上臺(tái)階，壽命的提高，增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，需要進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用，可以肯定的說(shuō)，將來(lái)的產(chǎn)品一定會(huì)走這條路的。
制約國(guó)內(nèi)發(fā)展的原因：
1.資料甚少，應(yīng)用不廣，造成信息不通暢。
2.持懷疑態(tài)度，能否真的增加壽命？
3.液氮來(lái)源不暢，價(jià)格不菲。
4.增加成本，售價(jià)不會(huì)增加，這是主要制約因素。
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