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金属材料深冷应用

今年来随着液氮的启用推广,-130℃—-190℃的超深冷处理也在机械制造中研究推广启用。使热处理后的金属材料中的残余奥氏体转变马氏体,同时在马氏体中弥散的析出微细小碳化物颗粒,使材料的尺寸更加的稳定、硬度和韧性进一步提高,超深冷处理的效益并非只是将残余奥氏体转变马氏体这个单一目的和效果,而是在提高工件整体的机械性质。在国外工业界已经将深冷处理用于摸具、刀具等方面的处理。

在国内,应用液氮冷处理多数在-8℃0状态下处理如活塞等零件,用于深冷处理还停留在实验阶段。我们应用液氮对热锻模具、刀具、硬质合金的寿命影响是明显的。

深冷处理的分析:

 残余奥氏体几乎完全转变成马氏体;比一般热处理工件或冷处理工件更能提高耐磨、损耗性;使组织细腻结构均匀并析出细微碳化物;消除残余应力;可处理已经成型的刀具,并且不变形、不变色。

超深冷处理实验材料的选择:

选用热锻模具材料4XCRMOV53,中心孔钻6w5cr4mo2v,因其热处理淬火回火后基体存在马氏体+奥氏体+碳化物,通过神冷处理使奥氏体进一步转变,同时,超神冷处理可以使马氏体中的碳化物以弥散小颗粒析出,增加基体的韧性。同时选项择了钴-钨硬质合金刀片进行实验,虽然钴钨硬质合金经过热处理后金相上基本无变化,但是钴相和钨原子固溶度变了,溶解在co相中的v原子起固溶强化作用,使co相的结构产生了变化,合金的应变能力、坚韧性得到提高。超深冷处理是热处理中后继续,在超神冷状态下,材料的内部结构将继续转变,并会在性能上体现出来。

超神冷处理的工艺实验:

试验材料选用热处理完成后的成品模具、刀具。

工具采用每小时降低温度30℃,直到-180℃保温12小时。然后每小时升温30至室温。国内的深冷工艺试验,大部分选在材料淬火后进行,国外GKN研究表明,深冷处理在材料回火后进行,得到寿命提高的效果更为明显。

 

材料

名称

加工产品

加工材料

冷处理前寿命

冷处理后寿命

40CrMoV

热锻模上冲头

三削套

CF53

18300件只

15200件只

26500/

27540/

6W5Cr4Mo2V

R4/10

CF53

350

480

WCMX硬质合金

3040

万向节叉

45

439

657

 

试验分析:

深冷处理后,模具钢、工具钢、硬质合金的工作寿命均有提高。本实验在淬火后进行。资料介绍,深冷处理中,材料中的奥氏体在继续转变,同时在马氏体中析出了非常细小碳化物,改变了马氏体的机械性能,增强了韧性。同时,在冷处理后的模具、刀具硬度具有上升0.3-0.4HRC的变化,说明淬火回火后的材料在深冷处理中继续转变。资料也说明模具钢、工具钢在淬火+回火+回火+深冷处理后的寿命高于材料淬火+深冷处理+回火+回火。

残余奥氏体与硬度是影响工件耐磨的主要原因之一,但不是全部,深冷处理所造成的效益是无法满足今后阶段高工件要求品质、高效益的产业结构。超深冷处理对工件磨耗强度有着影响,针对模具尺寸的稳定性更有突破性的效益。

深冷处理结论:

液氮深冷处理对模具钢、工具钢、硬质合金的使用寿命有着显著提高。