提高刀具、模具使用寿命的超冷技术

优胜编程龚老师

提高刀具、模具使用寿命的超冷技术

一、超冷处理针对高速钢
　　在超冷处理过程中，金属中大量残余奥氏体转变为马氏体，将过饱和的亚稳定马氏体降低其饱和度，降低微观应力，析出弥散，而且析出弥散的超细小碳化物在材料塑性变形时有效的阻碍错位运动，从而有效的强化了基体组织。由于超微细碳化物颗粒均匀分布在马氏体上，有效的强化晶界，从而改善了高速钢的性能，使抗冲击韧性、红硬性、耐磨性都有大幅提升。

　　二、超冷处理针对硬质合金
　　在超冷处理过程中，有效的将硬质合金中的内部应力的有效调整，减少钴产生的拉伸应力，增强产生微裂纹的阻力，有效的减低微裂纹的产生，从而提高了抗疲劳强度、韧性，同时增强了钴对碳化钨的结合性能，有效降低碳化物的剥离，有效提高了耐磨性能。不会发生组织变态的硬质合金经超冷处理(deep cryogenic treatment)后可以显着的增加材料工件的使用寿命，确切的是硬质合金的组织会更加致密，同时促进时效(aging)，增加塑性变形的阻抗，单次使用除增加30%到5倍的寿命外，积碳层从原来0.02-0.05mm提升至0.08-0.13mm，可显着降低再研磨量。

　　三、超冷处理针对铝合金
　　把硬铝(duralumin)固溶处理后，再进行超冷处理(deep cryogenic treatment)，由于可以促使时效及大幅度消除残余应力，因而可以提升整体机械性质。目前在国外的机械工业中运用超冷处理提升铝合金效能有很多案例，大部分经过超冷处理的材料有7075、6061等。尤其是铝合金制的运用在高速运转的机械零件经超冷处理后的使用寿命更为显着。

　　四、国外研究运用超冷技术的情况
　　在20世纪初，国外就开始研究用过度冷却的方法改变钢的组织和性能。1938年，a ii.lyjireb首先提出高速工具钢超冷处理的建议，并在理论上提出了冷到-80℃的理论根据。

　　美国在20世纪50年代已经开始超冷处理对金属性能影响的研究。60年代末，美国路易斯安娜理工大学机械工程系f.barron教授对5种合金钢52100，d-2，a-2，m-2和o-1进行了细致地研究。通过对比超冷处理与未超冷处理的试样发现，超冷处理后的硬度虽然增加有限，但其磨粒磨损抗力却有显着提高。如经-84℃处理后的试样耐磨性比未处理的要提高2.0~6.6倍，经-190℃处理的试样耐磨性比-84℃处理的还要提高2.6倍。实际生产中也证实了f.barron的研究结论的正确性。

　　dayton公司在其生产报告中明确指出：采用-310℃f处理的冲头寿命可提高一倍。美国材料开发有限公司于1966年10月，开始利用超冷处理方法来处理承受磨损的工具和零件。70年代美国休斯航空公司、通用动力公司、通用汽车公司、steelcase及日本cannon等公司均使用超冷处理技术，特别是rials improvement inc,则成为专门从事超冷处理的专业性公司。前苏联也是较早采用超冷处理技术来提高高速钢使用寿命的国家。
　　20世纪80年代，澳大利亚、罗马尼亚、德国、新加坡、英国等国家的学者对超冷处理的工艺、机理都做了一定的研究，研究结果普遍认为超冷处理可使材料的性能明显提高。

　　金属材料和非金属的不稳定性(组织变态和加工产生内应力)造成生产的不稳定，过度依赖工人，一直困扰业界。超冷技术保证有效果解决材料形变，确保加工尺寸精度，增加耐磨耗性，增加弹力，消除应力，使组织微细化，进而提升品质，降低成本。
　　超冷技术是材料在热处理后，唯一可使用在已经成型的工具、刀具、零件的处理工艺，可以稳定材料的精密尺寸，提高材料的耐磨性能，恢复材料的机械性能。

　　超冷技术对材料的处理不仅限于材料的表面处理，而且渗透于材料内部组织，体现的是整体效应，特别是对切削工具的重磨，不影响组织结构，可以反复使用，其可重复使用性能明显优于涂层技术。超冷处理技术同时对工件能有效的减少淬火应力和增强尺寸稳定的性能。
　　传统产业竞争力在面临工业结构的转型与升级，必须做出正确的改变。产品品质的保证将由竞争条件转变为生存条件。工业产品的效能的提高，是工业人士所面临的课题。然而金属材料的基础工程显得更加重要，热处理的基础工作让工业产品的品质未臻完善，虽然热处理赋予金属材料生命，但是未给予寿命与效能。完整的基础的工程除前面的热处理外，尚包括后续的金属超冷处理，才是保证产品品质的基础工作。金属超冷处理(deep cryogenic treatment)将是金属产品品质的唯一选择。

　　超冷应用行业包括：精密冲压、纳米材料、精密塑胶模具、切削刀具、滚齿刀，铝合金材料、硬质合金切削刀具/夹具、粉末冶金模具等。