超冷技術(shù)是材料在熱處理后,唯一可使用在已經(jīng)成型的工具、刀具、零件的處理工藝,可以穩(wěn)定材料的精密尺寸,進(jìn)步材料的耐磨性能,恢復(fù)材料的機(jī)械性能。
傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力在面臨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級(jí),必須做出正確的改變。產(chǎn)品品質(zhì)的保證將由競(jìng)爭(zhēng)條件轉(zhuǎn)變?yōu)樯鏃l件。產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的效能的進(jìn)步,是產(chǎn)業(yè)人士所面臨的課題。然而金屬材料的基礎(chǔ)工程顯得更加重要,熱處理的基礎(chǔ)工作讓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)未臻完善,固然熱處理賦予金屬材料生命,但是未給予壽命與效能。完整的基礎(chǔ)的工程除前面的熱處理外,尚包括后續(xù)的金屬超冷處理,才是保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)工作。金屬超冷處理(deepcryogenictreatment)將是金屬產(chǎn)品品質(zhì)的唯一選擇。
超冷應(yīng)用行業(yè)包括:精密沖壓模具、納米材料、精密塑膠模具、切削刀具、滾齒刀,鋁合金材料、硬質(zhì)合金切削刀具/夾具、粉末冶金模具等。
超冷處理針對(duì)高速鋼
在超冷處理過(guò)程中,金屬中大量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,將過(guò)飽和的亞穩(wěn)定馬氏體降低其飽和度,降低微觀應(yīng)力,析出彌散,而且析出彌散的超細(xì)小碳化物在材料塑性變形時(shí)有效的阻礙錯(cuò)位運(yùn)動(dòng),從而有效的強(qiáng)化了基體組織。由于超微細(xì)碳化物顆粒均勻分布在馬氏體上,有效的強(qiáng)化晶界,從而改善了高速鋼的性能,使抗沖擊韌性、紅硬性、耐磨性都有大幅提升。
超冷處理針對(duì)硬質(zhì)合金
在超冷處理過(guò)程中,有效的將硬質(zhì)合金中的內(nèi)部應(yīng)力的有效調(diào)整,減少鈷產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力,增強(qiáng)產(chǎn)生微裂紋的阻力,有效的減低微裂紋的產(chǎn)生,從而進(jìn)步了抗疲憊強(qiáng)度、韌性,同時(shí)增強(qiáng)了鈷對(duì)碳化鎢的結(jié)合性能,有效降低碳化物的剝離,有效進(jìn)步了耐磨性能。不會(huì)發(fā)生組織變態(tài)的硬質(zhì)合金經(jīng)超冷處理(deepcryogenictreatment)后可以顯著的增加材料工件的使用壽命,確切的是硬質(zhì)合金的組織會(huì)更加致密,同時(shí)促進(jìn)時(shí)效(aging),增加塑性變形的阻抗,單次使用除增加30%到5倍的壽命外,積碳層從原來(lái)0.02-0.05mm提升至0.08-0.13mm,可顯著降低再研磨量。
超冷處理針對(duì)鋁合金
把硬鋁(duralumin)固溶處理后,再進(jìn)行超冷處理(deepcryogenictreatment),由于可以促使時(shí)效及大幅度消除殘余應(yīng)力,因而可以提升整體機(jī)械性質(zhì)。目前在國(guó)外的機(jī)械產(chǎn)業(yè)中運(yùn)用超冷處理提升鋁合金效能有很多案例,大部分經(jīng)過(guò)超冷處理的材料有7075、6061等。
尤其是鋁合金制的運(yùn)用在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械零件經(jīng)超冷處理后的使用壽命更為顯著。
在20世紀(jì)初,國(guó)外就開(kāi)始研究用過(guò)度冷卻的方法改變鋼的組織和性能。1938年,aii.lyjireb首先提出高速工具鋼超冷處理的建議,并在理論上提出了冷到-80℃的理論根據(jù)。
美國(guó)在20世紀(jì)50年代已經(jīng)開(kāi)始超冷處理對(duì)金屬性能影響的研究。60年代末,美國(guó)路易斯安娜理工大學(xué)機(jī)械工程系f.barron教授對(duì)5種合金鋼52100,d-2,a-2,m-2和o-1進(jìn)行了細(xì)致地研究。通過(guò)對(duì)比超冷處理與未超冷處理的試樣發(fā)現(xiàn),超冷處理后的硬度固然增加有限,但其磨粒磨損抗力卻有顯著進(jìn)步。如經(jīng)-84℃處理后的試樣耐磨性比未處理的要進(jìn)步2.0~6.6倍,經(jīng)-190℃處理的試樣耐磨性比-84℃處理的還要進(jìn)步2.6倍。實(shí)際生產(chǎn)中也證實(shí)了f.barron的研究結(jié)論的正確性。
dayton公司在其生產(chǎn)報(bào)告中明確指出:采用-310℃f處理的沖頭壽命可進(jìn)步一倍。美國(guó)材料開(kāi)發(fā)有限公司于1966年10月,開(kāi)始利用超冷處理方法來(lái)處理承受磨損的工具和零件。70年代美國(guó)休斯航空公司、通用動(dòng)力公司、通用汽車(chē)公司、steelcase及日本cannon等公司均使用超冷處理技術(shù),特別是rialsimprovementinc,則成為專(zhuān)門(mén)從事超冷處理的專(zhuān)業(yè)性公司。前蘇聯(lián)也是較早采用超冷處理技術(shù)來(lái)進(jìn)步高速鋼刀具使用壽命的國(guó)家。
20世紀(jì)80年代,澳大利亞、羅馬尼亞、德國(guó)、新加坡、英國(guó)等國(guó)家的學(xué)者對(duì)超冷處理的工藝、機(jī)理都做了一定的研究,研究結(jié)果普遍以為超冷處理可使材料的性能明顯進(jìn)步。