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金屬材料深冷處理工藝介紹

文章出處:longevitymanzanita.com 人氣: 發表時間:2019-03-13 10:22

金屬材料深冷處理工藝介紹
隨著工藝技術的不斷發展,對于金屬材料的要求越來越高,熱處理作為一種改善材料性能較為有效的方法,依然不能滿足其要求。深冷處理作為一種材料處理方法,越來越多地被發現可有效解決熱處理殘留的問題,更大程度上改善材料性能。那么,什么是深冷處理工藝呢?
金屬材料深冷處理工藝介紹
一、什么是材料深冷處理?
深冷處理是將金屬材料放置在-100℃下進行處理,使柔軟的殘余奧氏體幾乎全部轉變成高強度的馬氏體,并能減少表面疏松,降低表面粗糙度的一個熱處理后工序,當這個工序完成后,不僅僅是表面,幾乎可以使整個金屬的強度增加,耐磨性增加,韌性增加,其他性能指標改善。
二、深冷處理的機理
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,殘余奧氏體會隨著時間的推移進一步馬氏體化,在馬氏體轉變過程中,會引起體積的膨脹,從而影響到尺寸精度,并且使晶格內部應力增加,嚴重影響到金屬性能,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。
填補內部空隙,使金屬表面積即耐磨面增大:
如果有較多的殘余奧氏體,強度降低,在周期應力作用下,容易疲勞脫落,造成附近碳化物顆粒懸空,很快與基體脫落,產生剝落坑,形成較大粗糙度的表面。深冷處理使得馬氏體填補內部空隙,使得金屬表面更加密實,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,而且可細化馬氏體孿晶,由于深冷時馬氏體的收縮迫使晶格減少,驅使碳原子的析出,而且由于低溫下碳原子擴散困難,因而形成的碳化物尺寸達納米級,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與未深冷的金屬顯著不同,說明它們的磨損機理不同。
深冷處理可以使絕大部分殘余奧氏體馬氏體化,并在馬氏體內析出高彌散度的碳化物顆粒,伴隨著基體組織的細微化,這種改變無法用傳統的金屬學,相變理論來解釋,也不是以原子擴散形式來進行的,一般 -150℃~-180℃下,原子已經失去了擴散能力,只能以物理學能量觀點來解釋,其轉變機理目前尚未研究清楚。因此有待人們進一步探討。
4、 減少殘余應力;
5、 使金屬基體更加穩定;
6、 使金屬材料的強度、韌性增加;
7、 使金屬硬度提高約HRC1~2;
8、 紅硬性顯著增加;
三、 深冷工藝的處理過程
通常的深冷處理,是按照降溫,保溫,和升溫三個階段來進行的。
1、降溫階段
緩慢降溫的目的是徹底消除殘余應力。因為淬火和回火的過程中,金屬基體內會產生殘余應力,在殘余奧氏體在向馬氏體轉變的過程中,發生體積膨脹,也會使得殘余應力增加,只有緩慢降溫,才能抵消殘余應力的增加,并徹底消除殘余應力。基體內的殘余應力一般情況下大家不予重視,但正是基體內的殘余應力,使得刀剪產品產生崩裂等缺陷。快速降溫反而會增加殘余應力。
2、保溫階段
保溫的目的是使基體內的殘余奧氏體盡可能的全部轉變為馬氏體,并盡可能多的產生碳化物顆粒,因為殘余奧氏體向馬氏體轉變的過程是個緩慢的過程,保溫時間的長短會影響到殘余奧氏體轉變的量,同時深冷后壽命的高低主要是保溫時間的長短來決定的,通常情況下,保溫2~4小時性能已經有所改善,但如果是高質量的產品,均需要使用24小時以上的保溫時間,壽命的提高倍數與保溫時間的長短有直接關系。
3、升溫階段
緩慢升溫的過程主要目的就是防止殘余應力的產生。
國內深冷處理的研究因設備的限制一般采用液氮直冷法,即工件直接放入液氮內,保溫時間比較短,一般保溫時間與直徑(mm)一致,這種辦法會很大程度的增加殘余應力,雖性能有所改善,但畢竟不是一種安全可靠的方法。
升溫階段一般升到室溫即可,如果考慮到零件的特殊用途,如工作溫度比較高等,可以再緩慢升到+160℃。
四、深冷處理最佳時機
一般認為,深冷處理應該在工件淬火兩個小時內處理效果最好,因為殘余奧氏體隨著時間的推移會逐步向馬氏體轉變,而且轉變后的馬氏體會進行固化,從而析出碳化物的能力降低。
五、 影響深冷效果的因素
1、 同樣的深冷處理工藝因材質不同而效果不同;
2、 同樣的深冷處理工藝因工件形狀不同而效果不同;
3、 溫度越低,效果越好;
4、 時間越長,效果越好;
5、 深冷處理后材料的耐腐蝕性有所提高
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