深冷处理原理及其在工业上的应用.doc

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1、深冷处理原理及其在工业上的应用班级:热能12-2姓名：黄靖学号:7深冷处理，又称超低温处理（SSZ），是指在以液氮为制冷剂、-l30C以下对材料进行处理的方法而达到给材料改性的目的。它是常规冷处理（CSZ）的一种延伸，其英文名称为Cryogenictreatment，是一种从上世纪中期开始广泛应用于工业生产的一种新工艺［l］。现有研究表明，深冷处理不仅可以显著提高黑色金属、有色金属、金属合金、碳化物、塑料（包括尼龙，泰弗龙）、硅酸盐等材料的力学性能和使用寿命，稳定尺寸，改善均匀性，减小变形，而且操作简便、不破坏工件、无污染、

2、成本低。具有可观的经济效益和市场前景.1.1深冷处理工艺简介深冷处理的设备一般用于普通冷处理（0~-l00C）的设备，通常用干冰，氨（或甲醇）和氟里昂压缩机来制冷。也有用液氧制冷的，如l965年山西机床厂研制的液氧冷处理设备，使用温度为-80~-l00C，最低可以达到-l35C。至于深冷处理有采用压缩空气来致冷的，如杭州制氧机研究所的大型轧辊深冷设备最低使用温度为-l30C和航空航天部青云仪器厂的空气涡轮深冷机等最低使用温度为-l60C。最常用的深冷设备都采用液氮致冷，它既经济又方便，一般用液氮深冷罐来存储液氮。国内外众多学

3、者和厂家研制了多种气体制冷的液氮深冷设备，其中天津市热处理研究所于l989年研制的液氮汽化型深冷箱，温度调节范围为常温至-l80C，液氮消耗量为每千克工件0.7kg液氮。华中理工大学于93年研制的嵌套式深冷设备采用了双重致冷方式，即外层箱机械致冷至-l8~-24C，内层箱采用液氮制冷至-l50C，温度偏差为3C以内。中科院低温技术实验中心于96年研制的深井式冷处理装置，最低工作温度为-l00C，温度偏差为2C以内，升、降温速率为5~40C/1，不仅可调节还可以自动控制。此外国内也有一些从国外引进的深冷处理设备，如宝钢双频淬火

4、车间引进的轧辊深冷装置，采用液氮制冷，最低温度可达-l80C以下。在美国，六七十年代出现了许多液氮气体法的深冷设备，如BOC公司的Ellenite设备，可以均匀的冷却，精确控温。且可以在-l50C保温。八十年代以来，出现了电脑控制升降温和处理飞机机翼的大型液氮深冷设备，如Cosmos公司的CI系列带电脑控制的深冷设备。采用固化的程序严格控制升温降温速度，可实现-l90C下的长时超低温保温。工件处理周期为40~721。表l为各种冷处理设备的主要性能对比表。1.2深冷处理的制度深冷处理根据制冷剂使用方法的不同可以分为液体法和气体

5、法，但前者因为冷却温度较高（-l50C），且具有热冲击性容易导致某些脆性部件的断裂，现在已经不大采用，而气体法则因为冷却温度低（-l96C）也没有热冲击性而得到广泛采用。关于深冷处理工艺参数中的升降温速度、保温时间、深冷处理次数和是否采用回火工艺以及回火工艺和深冷处理工艺顺序的关系，由于研究的结果不同，至今尚未有一个统一的认识，但一般认为适当地控制升降温速度（缓慢升降温）对于材料的深冷处理效果为佳。而保温时间和相关回火工艺的问题则与所要进行深冷的材料本身有关，如材料本身体积越大，导热性越差以及组织的稳定性越好则所需的保温时间

6、越长；而对于受冲击载荷较大、易弯曲载荷的模具，应采用淬火+回火一次+深冷+回火一次的处理工艺，对于要求高硬度、动载荷较小的模具材料采用淬火+深冷+回火一次的工艺较佳.2深冷处理机理关于深冷处理的机理问题，现在还处于一个研究初期阶段。相对来说有关黑色金属（钢铁）的深冷机理已经研究得较为清楚，而有色金属及其它材料的深冷机制研究的较少，也不是十分清楚，现有的机理分析基本上是沿用钢铁材料的。2.1黑色合金（钢铁）的深冷机理［2，4-8］关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究已较为广泛和深入，且大家均已基本取得共识，主要的观点

7、如下。2.l.l从马氏体中析出超细碳化物，从而弥散强化这一点得到了几乎所有研究的证实，主要原因为马氏体经-l96C深冷，由于体积收缩，Fe的晶格常数有缩小的趋势，从而加强了碳原子析出的驱动力，但由于低温下的扩散更为困难，扩散距离更短，于是在马氏体的基体上析出了大量的弥散的超微细碳化物.2.1黑色合金（钢铁）的深冷机理关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究已较为广泛和深入，且大家均已基本取得共识，主要的观点如下。2.l.l从马氏体中析出超细碳化物，从而弥散强化这一点得到了几乎所有研究的证实，主要原因为马氏体经-l96C

8、深冷，由于体积收缩，Fe的晶格常数有缩小的趋势，从而加强了碳原子析出的驱动力，但由于低温下的扩散更为困难，扩散距离更短，于是在马氏体的基体上析出了大量的弥散的超微细碳化物。2.l.2残余奥氏体的改变低温下（即Mf点以下）残余奥氏体发生分解，转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度。有学者认为深