模具鋼材熱處理新工藝---深冷處理
深冷處理又稱作超冷處理或超低溫處理。它是熱處理工藝在冷卻過程中的延續(xù)。深冷處理與一般的冷處理不同之處在于冷處理(SZ)的處理溫度約為-100℃以上，深冷處理(SSZ)的處理溫度則為-100℃以下。也有文獻表明，深冷處理是在-130℃或-160℃以下的處理溫度。早在100多年前，人們就將深冷處理應用于鐘表零件，鑄件等產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)它能提高材料的強度、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命。如瑞士鐘表商就將鐘表中的一些關鍵零件埋到寒冷的阿爾卑斯雪山中，以提 零件的耐磨性和壽命。則一些有經(jīng)驗的工具制造商則把工具鋼放到冷凍箱內(nèi)儲藏數(shù)月，從而提高工模具鋼的使用壽命。深冷處理最早是1939年由俄國人首先提出的。隨著液氮技術及保溫材料的發(fā)展，1965年美國將其實用化。隨即俄羅斯、日本等世界各國學者都對其進行了較為廣泛而深入的研究。研究結果表明，材料經(jīng)深冷處理后的性能比一般冷處理后的性能好。深冷處理技術在二十世紀八十年代末傳人我國，開始在工具鋼、模具鋼材上進行應用研究，而在鑄鐵合金和有色合金材料等領域研究得很少。
㈠深冷處理的作用
深冷處理能大幅度提高材料的機械性能和使用性能，目前對其作用機理的研究大致可歸納如下：
⒈合金材料在淬火后殘余的奧氏體在深冷過程中進一步轉(zhuǎn)變成馬氏體，并使馬氏體組織更加穩(wěn)定。
⒉合金材料中馬氏體內(nèi)分布更多、更細的碳化物硬質(zhì)點，合金的組織變得更均勻、更致密、更細化。
⒊低溫冷卻的收縮可伊材料本身存在的微小缺陷(如微孔、應力集中部位)產(chǎn)生塑性流變：復溫過程中在空位表面產(chǎn)生殘余應力，這種殘余應力可以減輕缺陷對材料局部強度的損害，最終表現(xiàn)為材料抗力的提高。
⒋對鋼或其他合金來說，深冷處理能部分轉(zhuǎn)移金屬原子的動能，原子間既存在使原子緊靠在一起的結合力，又存在使之分開的動能。深冷處理正是部分轉(zhuǎn)移了原子間的動能，從而使原子結合更緊密，提高了金屬性能。
㈡深冷處理工藝流程
深冷處理工藝過程包括深冷方式、降溫速度、保溫時間、升溫速度、回火過程等工藝參數(shù)，這些參數(shù)都會對深冷處理效果產(chǎn)生較大的影響，而且不同的材料有不同的工藝參數(shù)。
⒈深冷方式
深冷處理通常使用液氮(-196℃)作為制冷劑。根據(jù)使用液氮的方法不同可分為液體法和氣體法兩種。液體法是將工件直接浸入液氮中，處理溫度可達-150℃以下，但是有較大的熱沖擊，容易造成某些材料的低溫脆性。氣體深冷法又稱作干式深冷法，即通過液氮的汽化潛熟(199．84kj／kg)和低溫氮氣吸熟來致冷，處理溫度可達-196℃。由于沒有熱沖擊而較普遍采用。
⒉升降溫速度
目前對升降溫速度有兩種意見。一種意見認為工件的升降溫速度不能太快，即不贊成將工件直接浸入液氮中，因為激冷將導致工件內(nèi)部的應力加大，易造成工件的變形或開裂。另一種意見則認為可以快速冷卻或升溫，如此會使奧氏體失穩(wěn)，更易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，且直浸冷速比油淬慢，不易引起材料的變形或開裂。如前蘇聯(lián)專利“冷沖擊法”和日本的“深冷急熱法”等。總之，深冷處理的升降溫速度應視具體的材料而定。
⒊保冷時間
在深冷溫度下保持的時間，應與合金所設計的性能有關。如在鋼的深冷處理中，當殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體時，由于是非等溫變化，所以不需要保溫時間：如需要組織中析出碳化物，是等溫變化，必須有保溫時間。如有人對LD鋼的保溫時間定為l h對硬質(zhì)合金和高速鋼采用長達20h的保溫工藝。
⒋深冷工藝順序
深冷處理安排在整個熱處理過程的哪道工序之后， 目前還沒有一個統(tǒng)一的說法。有些文獻中安排在淬火后回火之前進行深冷處理，有些文獻中安排在回火之后進行，還有些文獻中安排在多級熱處理之間。看來還是根據(jù)最終所要獲取什么組織來決定的。
⒌深冷處理次數(shù)
一般認為重復多次深冷處理比單次深冷處理的效果好。如前蘇聯(lián)采用的“熱循環(huán)穩(wěn)定處理法”：有的采用多次脈沖方式處理，認為可以最大限度改善材料的力學性能：還有人認為三次深冷可以使材料的抗沖擊磨損性能明顯提高。
㈢深冷處理的應用
深冷處理技術應用很廣泛，涉及許多行業(yè)，如航空航天工業(yè)、兵器工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、電子工業(yè)、機械工業(yè)、木材加工業(yè)等等，其處理對象范圍也很廣泛，不僅有金屬材料如碳素結構鋼、合金結構鋼、模具鋼材、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、銅及其合金、鋁及其合金等，而且還有非金屬材料，如陶瓷、尼龍、塑料、橡膠制品、食物及藥品等。
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