深冷处理在瓷砖模具上的应用

冷处理—深冷处理冷处理所谓冷处理就是将淬火钢深冷至室温以下的处理方法。

钢件淬火后，再迅速将其冷却到室温以下的某一温度，使淬火后的残余奥氏体转变为马氏体，以增加钢件硬度和尺寸稳定性的热处理工艺。

冷处理实际上是淬火过程的继续。

也有称做低温处理（或深冷处理）的。

至于“冰冷处理”和“零下处理”这两个名词，不够确切，建议不再继续使用。

就冷处理的温度而言，即使在-190℃进行处理仍有一定（一般为百分之几）残存的奥氏体被保留下来。

因此，一般用-100～-80℃就足够了。

冷处理时间一般有30～90min就足够了。

冷处理可有效防止置裂。

当钢件急冷到常温并在常温下放置时，其残存的奥氏体将缓慢向马氏体转化，由于这种转变会导致内应力增加，最后就会开裂。

冷处理的主要工艺参数是：淬火工件在室温停留的时间、冷处理温度、深冷停留时间需冷处理的工件淬火后，允许在室温停留的时间取决于钢的Mc点温度。

Mc点在室温以上者，奥氏体陈化稳定敏感性强，工件淬火后如在室温停留，将引起残奥稳定化，降低冷处理效果。

Mc点在室温以下者，室温停留时，残奥陈化稳定的敏感性小，对冷处理效果影响不大。

有人按室温下陈化稳定程度将钢分为三类：第一类是陈化稳定不敏感的材料，可以在室温下停留一昼夜。

如18CrNiW、12Cr2Ni4WA、W9Cr4V等；第二类是具有中等敏感程度的材料，在室温下不得超过2~3h，如W18Cr4V、CrMn、T12、GCr15、CrWMn等；第三类是高敏感性材料，应在淬火冷至室温时立即进行冷处理，如T8、T9、9CrSi等。

试验指出，冷处理效果主要取决于冷处理温度和在室温停留时间。

冷处理温度越低，室温停留时间越短，效果越好。

工件淬火后，在室温停留不得超过半小时。

冷处理温度取决于钢的Mf点，一般工模具Mf点在-60℃左右，故冷处理温度可选在-60℃~-80℃。

一些高合金钢和高合金渗碳钢的Mf很低，约为-120℃~-180℃，因而冷处理温度应选定在-120℃~-180℃。

深冷处理工艺及设备一、什么是深冷处理？深冷处理是将金属在-150℃下进行处理，使柔软的残余奥氏体几乎全部转变成高强度的马氏体，并能减少表面疏松，降低表面粗糙度的一个热处理后工序，当这个工序完成后，不仅仅是表面，几乎可以使整个金属的强度增加，耐磨性增加，韧性增加，其他性能指标改善，从而使得模具和刀具翻新数次后仍然具有高的耐磨性和高的强度，寿命成倍增加。

而未进行深冷处理的刀剪产品，翻新后寿命会显著降低。

深冷处理不仅应用于刀剪产品，而且能应用于制作刀剪产品的模具上，同样可以使模具寿命显著提高。

二、深冷处理的机理1、消除残余奥氏体：一般淬火回火后的残余奥氏体在8～20％左右，残余奥氏体会随着时间的推移进一步马氏体化，在马氏体转变过程中，会引起体积的膨胀，从而影响到尺寸精度，并且使晶格内部应力增加，严重影响到金属性能，深冷处理一般能使残余奥氏体降低到2％以下，消除残余奥氏体的影响。

如果有较多的残余奥氏体，强度降低，在周期应力作用下，容易疲劳脱落，造成附近碳化物颗粒悬空，很快与基体脱落，产生剥落坑，形成较大粗糙度的表面。

2、填补内部空隙，使金属表面积即耐磨面增大：深冷处理使得马氏体填补内部空隙，使得金属表面更加密实，使耐磨面积增加，晶格更小，合金成分析出均匀，淬火层深度增加，而且不仅仅是表面，使翻新次数增加，寿命提高。

3、析出碳化物颗粒：深冷处理不仅减少残余马氏体，还可以析出碳化物颗粒，而且可细化马氏体孪晶，由于深冷时马氏体的收缩迫使晶格减少，驱使碳原子的析出，而且由于低温下碳原子扩散困难，因而形成的碳化物尺寸达纳米级，并附着在马氏体孪晶带上，增加硬度和韧性。

深冷处理后金属的磨损形态与未深冷的金属显著不同，说明它们的磨损机理不同。

深冷处理可以使绝大部分残余奥氏体马氏体化，并在马氏体内析出高弥散度的碳化物颗粒，伴随着基体组织的细微化，这种改变无法用传统的金属学，相变理论来解释，也不是以原子扩散形式来进行的，一般 -150℃～－180℃下，原子已经失去了扩散能力，只能以物理学能量观点来解释，其转变机理目前尚未研究清楚。

工、模具深冷处理及其应用前景分析【摘要】深冷处理是一种极具前景的（材料处理的）新工艺，不仅可以提高材料的使用寿命，而且成本较低、无污染，是符合21世纪先进制造业的发展潮流的一种绿色的制造技术。

本文综述了深冷处理的机理、研究现状，简要分析了深冷处理在某煤机制造公司的应用前景，并对该技术在煤机制造领域的推行进行了展望。

【关键词】液氨；深冷处理；耐磨性Analysis of the application prospect of deep cryogenic treatment of tool and dieWANG Feng1 TANG Li-song1 LI Yan-yan1 ZHANG Jing-mi1 HAO Qing-long2（1.Department of Mechanicl Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde Hebei 067000，China；2.Industrial Technology Center，Chengde Petroleum College，Chengde Hebei 067000，China）【Abstract】Deep cryogenic treatment is a promising technology on material processing. It can improve the service life of materials，and the cost is lower. Deep cryogenic treatment is a green manufacturing technology which meet thedevelopment trend of modern manufacturing industry. This paper reviews the mechanism and research status of deep cryogenic treatment and briefly annlysises the application of deep cryogenic treatment in one mining machine manufacturing companyof northwest. The implementation of Deep cryogenic treatment in the mining machine manfacturing field is also prospected in this paper）【Key words】Liquid nitrogen；Deep cryogenic treatment；Wear resistance0 前言随着机械制造业的不断发展，各种数控机床及加工中心层出不穷，使生产效率大为提高，与此同时制造行业对工、模具的需求及性能要求也越来越高。

什么是深冷处理？其作用和适用范围是什么？
什么是深冷处理？其作用和适用范围是什么？
深冷处理就是钢件淬火冷却到室温后，继续在O℃以下的介质中冷却的热处理工艺，也称为冷处理，是淬火过程的继续。

(1)深冷处理作用
最大限度减少残余奥氏体（微信公众号：hcsteel常温下的不稳定组织，容易引起尺寸变化等），以进一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用过程中残余奥氏体的分解而引起的变形，同时强度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。

(2)深冷处理注意事项
高合金钢或高合金渗碳钢，因Mf点很低，冷处理需在-120℃以下进行，保温1～2h，冷处理后必须进行回火或时效处理，以获得更稳定的回火马氏体组织，并使残余奥氏体进一步转变和稳定化，同时使淬火应力及深冷应力充分消除。

(3)深冷处理适用范围
较适用于精度要求很高，必须保证其尺寸稳定性的工件，如量具等。

模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程，对模具的以下性能有直接的影响。

①具的制造精度组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大，造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

③具的强度热处理工艺制定不当、操作不规范或设备状态不完好，
造成热处理模具强度（硬度）达不到设计要求。

④模具的工作寿命热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命
①模具的制造成本作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热
处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提
高模具的制造成本。

模具钢深冷处理技术
模具钢深冷处理技术是一种采用低温热处理或冷处理技术，用于改善模具钢的机械性能的技术。

它可以提高模具钢的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，从而提高模具的使用寿命和性能。

模具钢深冷处理技术主要包括四种：淬火、回火、淬硬和回硬。

淬火是一种利用高温热处理的工艺。

它的主要目的是使模具钢的组织和体系发生变化，从而改善模具钢的机械性能，如硬度、强度和塑性等。

回火是一种利用低温热处理的工艺，它的主要目的是去除淬火后形成的组织和体系，恢复模具钢的组织和体系，以提高模具钢的机械性能。

淬硬是一种利用低温冷处理的工艺，它的主要目的是使模具钢的组织和体系发生变化，从而改善模具钢的机械性能，如硬度、强度和塑性等。

回硬是一种利用低温冷处理的工艺，它的主要目的是去除淬硬后形成的组织和体系，恢复模具钢的组织和体系，以提高模具钢的机械性能。

模具钢深冷处理技术可以提高模具钢的机械性能，从而提高模具的使用寿命和性能。

它可以提高模具钢的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，使模具更耐用，性能更稳定。

此外，它还可以改善模具表面的结构，提高表面光洁度，从而改善模具的外观。

因此，模具钢深冷处理技术是一种非常有效的改善模具钢性能和使用寿命的技术，深受广大模具制造商的欢迎，并得到越来越多的应
用。

深冷处理原理及其在工业上的应用　陈　鼎1,陈吉华2,严红革2,黄培云1(1.中南大学材料学院湖南长沙410083;2.湖南大学材料学院湖南长沙410082)摘　要:作为一种新型的热处理工艺,深冷处理已经受到越来越广泛关注。

综合现有的资料,较为详细的介绍了深冷处理的机理以及在生产实际上的应用。

并针对国内外研究现状提出了一些观点和展望。

关键词:深冷处理;机理;应用中图分类号:T G14;T G156.91 文献标识码:A 文章编号:1004—244X(2003)03—0068—05 深冷处理,又称超低温处理(SSZ),是指在以液氮为制冷剂、-130℃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Cryogenic treatment,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[1]。

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、成本低。

具有可观的经济效益和市场前景。

1　深冷处理工艺简介1.1　深冷处理的设备[2]一般用于普通冷处理(0～-100℃)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1965年山西机床厂研制的液氧冷处理设备,使用温度为-80～-100℃,最低可以达到-135℃。

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-130℃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-160℃。

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1989年研制的液氮汽化型深冷箱,温度调节范围为常温至-180℃,液氮消耗量为每千克工件0.7kg液氮。

深冷处理工艺及设备一、什么是深冷处理？深冷处理是将金属在-150℃下进行处理，使柔软的残余奥氏体几乎全部转变成高强度的马氏体，并能减少表面疏松，降低表面粗糙度的一个热处理后工序，当这个工序完成后，不仅仅是表面，几乎可以使整个金属的强度增加，耐磨性增加，韧性增加，其他性能指标改善，从而使得模具和刀具翻新数次后仍然具有高的耐磨性和高的强度，寿命成倍增加。

而未进行深冷处理的刀剪产品，翻新后寿命会显著降低。

深冷处理不仅应用于刀剪产品，而且能应用于制作刀剪产品的模具上，同样可以使模具寿命显著提高。

二、深冷处理的机理1、消除残余奥氏体：一般淬火回火后的残余奥氏体在8～20％左右，残余奥氏体会随着时间的推移进一步马氏体化，在马氏体转变过程中，会引起体积的膨胀，从而影响到尺寸精度，并且使晶格内部应力增加，严重影响到金属性能，深冷处理一般能使残余奥氏体降低到2％以下，消除残余奥氏体的影响。

如果有较多的残余奥氏体，强度降低，在周期应力作用下，容易疲劳脱落，造成附近碳化物颗粒悬空，很快与基体脱落，产生剥落坑，形成较大粗糙度的表面。

2、填补内部空隙，使金属表面积即耐磨面增大：深冷处理使得马氏体填补内部空隙，使得金属表面更加密实，使耐磨面积增加，晶格更小，合金成分析出均匀，淬火层深度增加，而且不仅仅是表面，使翻新次数增加，寿命提高。

3、析出碳化物颗粒：深冷处理不仅减少残余马氏体，还可以析出碳化物颗粒，而且可细化马氏体孪晶，由于深冷时马氏体的收缩迫使晶格减少，驱使碳原子的析出，而且由于低温下碳原子扩散困难，因而形成的碳化物尺寸达纳米级，并附着在马氏体孪晶带上，增加硬度和韧性。

深冷处理后金属的磨损形态与未深冷的金属显著不同，说明它们的磨损机理不同。

深冷处理可以使绝大部分残余奥氏体马氏体化，并在马氏体内析出高弥散度的碳化物颗粒，伴随着基体组织的细微化，这种改变无法用传统的金属学，相变理论来解释，也不是以原子扩散形式来进行的，一般 -150℃～－180℃下，原子已经失去了扩散能力，只能以物理学能量观点来解释，其转变机理目前尚未研究清楚。

深冷处理H13钢铝型材热挤模具的应用提出H13钢铝型材热挤压模具在常规热处理、淬化、回火后进行深冷算是（-196?）+（100-150?）回火，然后按常规方法氧化的新工艺。

按该工艺处理的成套模具使用结果证明：经过深冷处理对H13钢铝型材热挤压模具使用寿命得到进一步的提高因此增加型材的生产量和产品质量具有很大的潜力。

H13(4Cr5MoSiV1)钢是国外广泛应用的一种热作模具钢。

在我国近几年来H13钢被普遍推广用于制造铝型材热作模具。

铝型材热挤压模具在生产过程中受高温00（450C-520C），高压及铝材的剧烈摩擦作用，模具的失效主要是由于磨损和热疲劳，以及热处理不当,导致早期失效（如断裂、软、塌、缺等因素）。

目前，国内模具平均使用寿命与国际先进水平还存在一定的差距。

热处理技术和表面处理技术的落后是造成模具寿命低的主要原因。

大力发展、开发新的热处理工艺和各种表面处理技术，改善模具性能的研究方兴未艾。

深冷处理工艺是热处理工艺的发展，它作为一种强韧化技术，具有明显提高材料（工模具）的耐磨性，提高钢的材料力学性能，改善热处理质量等工艺特点，因而受到重视。

显然深冷处理技术作为强化模具基体，改善热处理质量，校正热处理的偏差，（4）与各种表面处理（氢化）技术的配合，却能成倍的提高模具的寿命，文献就报导了经过深冷处理，提高热作模具的使用寿命，在实际生产中使用寿命增加2倍，文（5）献作了H13钢深冷处理后的耐磨性提高三倍的报导。

基于上述的观点我们开展了深冷处理H13钢热作模具的工作。

深冷处理技术是一种改善金属材料性能的新工艺，其热处理的工艺规范和深冷处理工艺如图（1）所示。

深冷处理使H13合金钢的组织发生以下三个变化：1）残余奥氏体一部分乃至全部转变成马氏体；2）残余奥氏体的残余部分组织相对稳定，其组织内部踤化，所以得到强化，对韧性作出贡献；3）马氏体的晶界，晶界边缘，晶界内部分解，细化，析出大量超细微的碳化物。

高速钢冷作模具深冷处理及应用摘要：指出了对高速钢采用-196℃液氮深冷处理可使组织发生明显变化，有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出，使模具获得较佳的综合力学性能，深冷处理后高速钢模具的使用寿命较常规热处理提高三倍以上，具有十分重要的使用价值。

关键词高速钢模具残留奥氏体超细碳化物使用寿命1 引言高速钢自1990年问世以来，一直是以制造金属切削刀具而著称，随着科学技术的飞跃发展，高速钢的应用范围不断扩大。

从60年代开始，日本以汽车、自行车工业为中心，试用高速钢做模具取得成功，现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。

高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具，特别是Mo系高速钢比W系高速钢韧性更加优越。

高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。

目前我国使用最广泛的高速钢是钨系W18Cr4V（简称18-4-1）钢和钨钼系W6Mo5Cr4V2（简称6-5-4-2）钢[1]。

这两种钢的传统淬火回火工艺特点是：高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次，以获得高硬度和热硬性，工艺规范如表1所示。

主要缺点是在某些场所硬度不足。

为了改善模具强韧性，近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。

表1 高速钢常用热处理规格钢号淬火加热温度范围（℃）回火规范切削刀具冷作模具W18Cr4V 1240-1310 1240-1250 560℃1h3次W6Mo5Cr4V2 1200-1250 1180-1200 560℃1h3次2 深冷处理法原理及工艺过程高速钢的冷处理是在三十年代后期提出的，按传统概念，冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下（一般为-60℃――-70℃），使钢内的残余奥氏体转变为马氏体。

过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理生产周期，即用淬火+冷处理+一次回火来代替处理方法[2]，即在-100℃―-196℃（液氮）处理淬火零件，其后在400℃回火一次，不必需原来2―3次的重复回火。

经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善，耐磨性可提高40%，既缩短回火时间，节省了能量，又明显提高了模具使用寿命。

材料深冷处理的作用
深冷处理在材料科学中是一种重要的处理方法，主要在改善材料的性能方面起到重要作用。

以下是深冷处理在材料中的作用：
1. 促进奥氏体向马氏体转变，并使马氏体组织更加稳定。

2. 使得合金材料中马氏体内分布更多、更细的碳化物硬质点，合金的组织变得更均匀、更致密、更细化。

3. 使材料本身存在的微小缺陷（如微孔、应力集中部位）产生塑性变形，复温过程中在空位表面产生残余应力。

这种残余应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害，最终提高材料力学性能。

以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅深冷处理相关的学术文献或咨询材料学专家。