导读：随着机械工业的不断发展，对金属材料的要求越来越高。如何在材料和热处理工艺既定的前提下，尽可能提高金属工件的机械性能和使用寿命，成为许多热处理行业一线人士思考和探索的问题。热处理工艺后，钢的硬度和力学性能有了很大的提高，但热处理后仍存在以下问题:

　　1.残余奥氏体。比例约为10%-20%。由于奥氏体不稳定，在受到外力或环境温度变化时，很容易转变为马氏体。但奥氏体和马氏体的比容不同，会造成材料的不规则膨胀，降低工件的尺寸精度。

　　2.组织晶粒粗大，材料碳化物被固溶体过饱和。

　　3.残余内应力。热处理后的残余内应力会降低材料的疲劳强度等力学性能，在应力释放过程中容易导致工件变形。

　　经过国内外众多金属材料研究者的不懈研究，超低温深冷处理被认为能够解决上述问题。

　　什么是深冷处理?

　　深冷处理是在-100℃下对金属进行后处理的一种热处理后处理工艺，使软残余奥氏体几乎全部转变为高强度马氏体，可降低表面孔隙率和表面粗糙度。当这一过程完成后，不仅表面，而且整个金属的强度、耐磨性和韧性都可以增加，其他性能指标也可以提高，从而使模具和工具翻新。但是，没有深冷处理的刀剪产品，翻新后寿命会明显缩短。深冷处理不仅可以应用于刀剪类产品，还可以应用于制作刀剪类产品的模具，也可以显著提高模具的使用寿命。

　　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约为8 - 20%，随着时间的推移会进一步转变为马氏体。在马氏体转变过程中，会引起体积膨胀，影响尺寸精度，增加晶格内应力，严重影响金属性能。深冷处理一般可以将残余奥氏体降低到2%以下，消除残余奥氏体的影响。如果残余奥氏体较多，强度会降低，在周期性应力的作用下，容易疲劳脱落，导致附近的碳化物颗粒很快挂起来，从基体上脱落，产生剥落坑和较大粗糙度的表面。

　　2.填充内部间隙，增加金属表面积，即耐磨表面;

　　深冷处理使马氏体填充内部间隙，使金属表面更致密，增加耐磨面积，使晶格更小，合金成分沉淀均匀，增加淬火层深度，不仅表面，还增加了翻新次数，延长了使用寿命。

　　3.碳化物颗粒的沉淀:

　　深冷处理不仅减少了残余马氏体，还析出碳化物颗粒，细化马氏体孪晶。因为深冷时马氏体的收缩迫使晶格减小，带动碳原子析出，又因为低温时碳原子扩散困难，形成的碳化物达到纳米级，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貌与未进行深冷处理的金属有显著差异，表明其磨损机制不同。深冷处理可马氏体化大部分残余奥氏体并析出碳化物颗粒，在马氏体中弥散度高。随着基体结构的细化，这种变化不能用传统的金相学和相变理论来解释，也不是以原子扩散的形式进行的。一般在-150℃ ~-180℃时，原子已经失去扩散能力，只能从物理能量的角度来解释。目前还没有实现转化机制。因此，需要进一步讨论。

　　4.降低残余应力;

　　5.使金属基体更加稳定;

　　6.增加金属材料的强度和韧性;

　　7.增加金属硬度约HR C1 -2;

　　8.红肿明显加重;

　　低温形变强化低温过程

　　一般按降温、保温、升温三个阶段进行深冷处理。

　　1.深冷处理:以每分钟0.25~0.5℃的速度降至-185℃，降温约12小时，然后保温24 ~ 36小时，再以每分钟0.25~0.5℃的速度缓慢升至室温或更高温度(+160℃)。

　　2.每个阶段的意义。

　　(1)冷却阶段。

　　缓慢冷却的目的是完全消除残余应力。因为在淬火回火过程中，金属基体中会产生残余应力，在残余奥氏体向马氏体转变的过程中，体积膨胀也会增加残余应力。只有缓慢冷却才能抵消残余应力的增加，彻底消除残余应力。基体中的残余应力一般被忽略，但正是基体中的残余应力使刀剪产品产生裂纹等缺陷。快速冷却会增加残余应力。

　　(2)保温阶段。

　　保温的目的是尽可能将残余奥氏体转变为马氏体，尽可能产生碳化物颗粒。由于残余奥氏体转变为马氏体的过程是一个缓慢的过程，保温时间的长短会影响残余奥氏体的转变量。同时，深度冷却后的寿命主要取决于保温时间的长短。通常保温2-4小时的性能有所提高，但如果是优质产品，则需要使用24小时以上的保温时间。

　　(3)升温阶段。

　　缓慢加热过程的主要目的是防止残余应力的产生。由于设备的限制，国内深冷处理研究一般采用液氮直接冷却的方法，即工件直接放入液氮中，保温时间相对较短，一般与直径(mm)一致。这种方法会大大增加残余应力，虽然性能有所提高，但毕竟不是一种安全可靠的方法。一般在加热阶段可以升至室温，如果考虑到零件的特殊用途，如工作温度较高，可以缓慢升至+160℃。从深冷机理可以看出，上述工艺曲线与材料质量和尺寸关系不大，但由于材料因素，处理后的效果不同。几乎所有的国外工具和模具，刀和剪刀，切割工具等。对于深冷处理，采用这种工艺，而国内一些企业出于成本原因，往往采用偷工减料的方法，因此效果不高。

　　3.低温形变强化最佳时间。

　　一般来说，深冷处理应该在工件淬火后两小时内处理效果最好，因为随着时间的推移，残余奥氏体会逐渐转变为马氏体，转变后的马氏体会凝固，从而降低析出碳化物的能力。

　　影响低温效应的因素

　　1.同样的深冷处理工艺由于材料不同，效果也不同。

　　2.同样的深冷处理工艺，由于工件形状不同，效果也不同。

　　3.温度越低，效果越好。

　　4.时间越长，效果越好。

　　5.深冷处理/后，材料的耐蚀性提高。

　　深冷处理目前国内外发展现状

　　20世纪30年代，人们发现在阿尔卑斯雪山放工具更容易使用，持续时间也更长。1965年，美国研究人员发现深冷处理可以增加工模具的耐磨性，日本、德国、俄罗斯等国的许多学者也对深冷处理技术进行了研究工作。20世纪70年代，美国深冷处理技术应用于工模具、刀剪、量具，80年代得到广泛应用。目前，模具在美国和欧洲。瑞士军刀和吉列剃须刀刀片已经深冷处理。

　　国内对深冷处理的研究相对较晚，真正的理论研究几乎很少。大部分是一些外资企业进入中国后带来的技术，主要应用在一些消除残余奥氏体等简单应用上，但深层次应用的机会还有待观察，尤其是在刀剪行业。为了提高质量，提高使用寿命，增强国际竞争力，有必要在这一领域开展研究和应用。可以肯定的是，未来的产品一定会走这条路。制约国内发展的原因:

　　1.信息少，应用不广，导致信息不畅。

　　2.如果你持怀疑态度，真的能延年益寿吗?

　　3.液氮来源不畅，价格高。

　　4.如果成本增加，售价不会增加，这是主要的制约因素。

　　本文由德捷力低温形变强化设备网：www.szdjl.com，整理发布，如有侵权联系删除!