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低溫深冷處理工藝是一種將材料或零部件置于-130～－190℃的低溫下，按一定的工藝進行處理的過程。它不僅可以對黑色金屬、有色金屬、金屬合金和碳化物進行處理，還能對非金屬材料進行處理。深冷處理是對切削刀具材料進行處理的有效工藝手段。: ?+ p* r. J$ O' ~1 s
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1 機理概述+ N) t2 c2 L# l, F
, x) v2 b/ B+ o/ ^深冷處理的機理如今有幾種不同的觀點，現(xiàn)存的理論也有幾種。物理學家對刀具深冷導致金屬結構變化的分析認為，深冷改變了金屬的原子和分子的結構。冶金專家認為殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是問題所在。但確切發(fā)生了什么變化尚待進一步研究。$ D$ I( i. ~% F. h5 e$ }
2 }- J% F3 e5 t* A \; E7 c2 工藝方法+ y0 L1 f& v8 B" A% l" ~2 p
/ _# I5 @4 z1 G4 U" q) O! o1) 使用設備 帶有計算機連續(xù)監(jiān)控并能自動調(diào)節(jié)液氮進入量、自動升降溫的深冷處理箱。6 v+ Q4 H7 q. w' f+ B" K' d
2) 處理過程 處理過程由精確編制的降溫、超低溫保溫和升溫3個程序組成。. z( X( h h0 U
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適當緩慢的降溫隨之進行最少24h的-190℃超低溫的保溫以及合理的升溫，3個過程合計需36～74h，通過這種合理的過程和精密的監(jiān)控可防止被處理工件的尺寸變化和“熱沖擊”的產(chǎn)生。
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因此，要進行此項工作必須掌握好深冷工藝，并對工藝過程進行嚴格控制；還要知道刀具材料的成分和熱處理的工藝過程。深冷處理不同于一般的表面處理，它可以使被處理工具的全部材料性能都得到提高，這樣刀具經(jīng)過多次修磨后仍能保持一致的性能。深冷處理并不能代替熱處理工藝，它是提高經(jīng)熱處理后材料機械性能的一種有效補充手段。
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3 深冷處理后效果對比& p( }) i+ j/ ~! |$ O
, p$ O; `4 S, ~% |% o$ m硬質(zhì)合金刀具經(jīng)深冷處理后效果比較見附表。實驗條件：切削試件為灰鑄鐵(HT250)；刀具材料為硬質(zhì)合金；深冷處理前、后切削參數(shù)相同。" f" y4 F# e: p; g& A7 k
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經(jīng)過深冷處理后，材料穩(wěn)定性得到提高，有害應力得到減小，刀具壽命有所提高。通過對灰鑄鐵零件的加工試驗證實，以同樣的切削參數(shù)加工同一零件，從附表中可看出，經(jīng)過深冷處理的刀具的平均壽命明顯提高約1.53～8.4倍左右。/ f; n: k, w; g: c' _
9 |) @( y. P3 d+ K& D試驗中也發(fā)現(xiàn)以下問題：若對刀具進行深冷處理后，不在-200℃進行4～5h的保溫，而將刀具在室溫中放置半個月左右，則刀具的壽命變得與未經(jīng)深冷處理時一樣。其次，不能將刀具直接放到液氮中，這樣會使刀具遭到“熱沖擊”損害。另外，若原熱處理不合理也會造成深冷處理后效果甚微。劣質(zhì)的合金不可能通過深冷處理來變成優(yōu)質(zhì)合金。
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5 E3 ^- w ^5 ^0 ^3 C4 提高刀具性能的原因分析' s' X6 W" P. Z
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由于溫度接近絕對零度時材料表現(xiàn)出的一種由無序向有序轉(zhuǎn)變的奇特現(xiàn)象，世界各國近年來開展的有關液氮溫度范圍超導材料的研究已經(jīng)取得舉世矚目的成就，盡管對這類現(xiàn)象進行解釋的理論尚未形成，超低溫對材料的影響尚未完全認識，但如何應用這些已發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象來改進產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，正在從試驗室進入工廠。對于深冷處理能提高刀具性能的原因分析如下：
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1) 它使硬度較低的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檩^硬的、更穩(wěn)定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體；; P& Y% Z g$ D2 o2 c. q
2) 通過超低溫處理，使被處理材料的晶格具有更加廣泛分布的硬度較高、粒度更細化的碳化物微粒；+ ]% i" A2 r+ A# q$ G* J
3) 在金屬晶粒中可產(chǎn)生更均勻、更微小，且?guī)в懈竺芏鹊奈⑿〔牧辖M織；
' ^$ @& E4 U; L' N$ K1 [! R4) 由于有附加微碳化物粒子和更細密的晶格，故導致了更密集的分子結構，使材料內(nèi)部微小的空洞被大大減少；
" O& ?$ C X8 y# |* R. c1 e5) 材料經(jīng)超低溫處理后內(nèi)部熱應力和機械應力大為降低，從而有效地減少了造成工具和刀具產(chǎn)生裂紋、崩刃的可能性。此外，由于刀具中的殘余應力影響切削刃吸收動能的能力，經(jīng)過超低溫處理的刀具不僅具有較高的抗磨性，而且其自身的殘余應力的危害也比未經(jīng)處理的刀具大大降低；
7 W2 L' v6 P2 {; `6) 在被處理的硬質(zhì)合金中，由于其電子動能的減少而使分子結構產(chǎn)生新的組合。
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5 結論0 e) _4 w7 d- ~0 b: N: Y
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通過對刀具進行深冷處理，可以增強刀具材料的抗磨性、強度、韌性和抗沖擊性，提高抗疲勞強度和消除內(nèi)應力。由于提高了材料的穩(wěn)定性和機械性能，因此延長了刀具使用壽命，減少了換刀、磨刀次數(shù)，降低了生產(chǎn)成本。
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[ 本帖最后由 德捷力/黃生 于 2008-6-19 23:01 編輯 ] |
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