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金屬深冷處理機(jī)理耐磨面增大

發(fā)布時(shí)間: 2017-01-05  點(diǎn)擊次數(shù): 1715次
 金屬深冷處理機(jī)理耐磨面增大
 
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、 什么是金屬深冷處理?
金屬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、金屬深冷處理的機(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℃以內(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℃以內(nèi)的速度升到室溫或更高溫度(+160℃)
2、各階段的意義
(1)降溫階段
緩慢降溫的目的是*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*消除殘余應(yīng)力?;w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??焖俳禍胤炊鴷?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。
3、深冷處理*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,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。
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