【文章內(nèi)容簡介】 低溫。因為裝置的性能直接影響到深冷處理工藝的進(jìn)行。如同熱處理一樣，如果不能保證熱處理工 藝的合理進(jìn)行，就難以充分發(fā)揮金屬材料的潛力，難以達(dá)到提高零件質(zhì)量和延長使用壽命的目的。深冷處理工藝也是如此，要想在實際應(yīng)用中確保深冷處理技術(shù)對處理材料產(chǎn)生預(yù)想的效果，就必須保證深冷處理工藝的合理 [12]。合理的深冷處理工藝的順利執(zhí)行，這就要求所使用的深冷裝置滿足以下要求： （ 1）可靠性高，使用壽命長； （ 2） 溫度場和溫度控制準(zhǔn)確率均勻分布； （ 3）制冷劑耗量少，節(jié)約成本； （ 4）加工工件范圍廣。 目前深冷處理的設(shè)備主要有兩種形式，一種采用壓縮空氣來致冷，最低使用溫度為 100℃，而最常用的深冷設(shè)備都 采用液氮致冷，它既經(jīng)濟又方便。液氮制冷的方式，大致可以分為下面兩種方式： （ 1）液氮浸泡式制冷：將工件直接放到裝有液氮的容器中，使工件驟冷至液氮溫度，并 11 在此溫度下停留一段時間，最后復(fù)溫而完成整個深冷處理過程。深冷處理的研制前期都是采用液氮浸泡式方法進(jìn)行深冷處理的。由于這種深冷處理工藝簡單方便，應(yīng)用較為廣泛。但是，這種方法的降溫速度較快，導(dǎo)致熱應(yīng)力過大，容易對工件 材料造成組織損害，而且工件材料在降溫過程中降溫速度是不可控制的，進(jìn)而影響工藝的可調(diào)性。 （ 2）利用液氮的汽化潛熱或者低溫氮氣制 冷：利用低溫氮氣實現(xiàn)制冷的原理是低溫氮氣與材料直接接觸，通過對流換熱來使材料溫度降低，而利用液氮的汽化潛熱的原理就是液氮 與材料不直接接觸而通過間接方式使材料溫度降低。 該深冷處理系統(tǒng)的處理室內(nèi)通過對流換熱的方式對工件材料進(jìn)行處理，即液氮經(jīng)噴管噴出后在深冷箱內(nèi)直接汽化，利用汽化潛熱及低溫氮氣吸熱使處理箱及被冷工件溫度降低， 通過控制液氮的輸入量和風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來控制降溫速度，并實現(xiàn)對處理溫度的自動調(diào)節(jié)。依靠這種系統(tǒng)對材料進(jìn)行深冷處理時，具有換熱效果好、降溫速度和處理溫度可控、溫度分布均勻等優(yōu)點。 深冷處 理應(yīng)用 隨著深冷處理技術(shù)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展，深冷處理技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的鋼鐵材料延伸到粉末冶金、銅合金、鋁合金及其它非金屬材料 (如塑料、尼龍等 )，應(yīng)用范圍遍及諸多領(lǐng)域。以下將分別介紹深冷處理在這些材料中的具體應(yīng)用及深冷處理效果的對比 [13]。 深冷處理效果 采用深冷處理技術(shù)可以明顯提高材料的使用壽命。如高速鋼、工具鋼、模具鋼、銅電極、粉末材料、硬質(zhì)合金等等。表 3和表 4分別為美國和我國一些單位采用深冷處理延長工件使用壽命的實例；表 5 為部分常用模具材料經(jīng)深冷處理后耐磨性變化的比例系數(shù)。從三個表格可以看出， 深冷處理對于不同材料的工件和工具產(chǎn)生了不同的效果，使零部件和工具的耐磨性顯著提高 [16,17]。 表 3 美國采用深冷處理延長零件使用壽命的實例 公司 處理的材料 處理的零部件 原壽命 處理后的壽命 效果（提高倍率） Metals 銅電極觸頭 2 周 6周 12 Chrysler 1020 鋼 拉刀（拉鋼套管） 1810 件 拉 8600 件 1020 鋼 拉刀（拉連桿鍛件） 拉 1500 件 拉 8600 件 Ford M2 拉刀 拉孔 2020 件 拉孔 12020 件 表 4 國內(nèi)深冷處理提高工件使用壽命的實例 材料 處理前壽命 處理后壽命 效果（提高倍率） 5cm 端面銑刀，加工 C1065 鋼 65件 200 件 鋼鋸條，加工 C107 殼體上的輪轂 4h 6h 沖孔沖頭 64件 5820 件 切絲板牙，用在 M485 殼體上 225 件 487 件 9SiCr 鋼冷拉伸凸模制造 202 軸承內(nèi)圈 5000 件 15000 件 表 5 模具經(jīng)深冷處理后的壽命變化 模具名稱 材料 未深冷的工具壽命 深冷處理后的工具壽 命 效果（提高倍率） M16 切邊模 9SiCr 1000 件 5000 件 M16 沖孔沖頭 W12RE 20200 件 40000 件 M16 沖孔沖頭 65Nb 1000 3000 搓絲板滾針 Cr12MoV 8000 18000 選題的目的、意義及內(nèi)容 選題的目的及意義 隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展，對金屬材料的要求也越來越高，如何在材料以及熱處理工藝既定的前提下盡量提高金屬工件的機械性能及使用壽命，這成為很多熱處理行業(yè)前沿人士思考并探索的問題 。在模具的制造生產(chǎn)過程中，模具質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響企業(yè)的經(jīng)營狀況，利用深冷處理技術(shù)，提高模具的使用壽命，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以低溫改性技術(shù)在模具行業(yè)中得到應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟效益，推而廣之具有很大的實用價值。深冷處理在航空航天、武器、工程機械、道路橋梁、半導(dǎo)體、電器、計算機等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景 。 本研究的主要目的是在實驗室研究中探索不同長度的冷卻時間對銅基材料性能的影響。主 13 要探究了在不同的冷卻時間下銅基材料硬度、密度、體積的變化趨勢，來尋求最佳的深冷處理方式，為生產(chǎn)大批量優(yōu)質(zhì)材料奠定基礎(chǔ)。 主 要研究內(nèi)容 本論文的主要研究內(nèi)容是研究 冷卻時間對銅基材料性能的影響 ，具體表現(xiàn)以下幾個方面： ，并以 1h、 2h、 6h、 12h、 24h??為實驗時間。 ，了解材料硬度、密度和電導(dǎo)率的變化趨勢。 。 。 第二章 深冷處理實驗方案及方法 前期準(zhǔn)備 實驗材料 （ 1）鎢銅合金： 鎢和銅組成的合金，常用合金的含銅量為 10%～ 50%。高硬度 ， 具有很好的導(dǎo)電導(dǎo) 熱性 。 （ 2）液氮： 液態(tài)的氮氣 ； 在常壓下，液氮溫度為－ 196℃。 14 實驗設(shè)備及用品 實驗設(shè)備 表 21 實驗設(shè)備 設(shè)備名稱 設(shè)備型號∕規(guī)格 生產(chǎn)商 用途 數(shù)控線切割機 DK7732 采用劃線法切割合金試樣 自動轉(zhuǎn)臺顯微硬度計 HVS1000Z 上海研潤光機科技有限公司 測量合金試樣的顯微硬度 渦流電導(dǎo)儀 ZXDT101 上海正夕自動化科技有限公司 測量合金試樣的電導(dǎo)率 電子天平 FC 104 精度： 上海精密科學(xué)儀器公司 測量合金試樣的質(zhì)量和體積，求出密度 金 相顯微鏡 AFTDC200 上海金相機械設(shè)備有限公司 觀察試樣的金相組織 金相試樣拋光機 YMP2B 上海金相機械設(shè)備有限公司 對合金試樣進(jìn)行拋光 實驗用品 （ 1）燒杯 （ 2）鐵條 （ 3）細(xì)繩 （ 4）蒸餾水 實驗步驟 準(zhǔn)備液氮 液氮氣化時溫度降低至 196℃，以達(dá)到深冷處理所需溫度。 選取 BS 型銅基觸頭 BS 型銅基觸頭應(yīng)選取其中一組，作為實驗前后的對比參照。 （ 1）選取一塊鎢銅合金材料，將其中一個最光滑的面磨平。 （ 2）用數(shù)控線切割機切 割鎢銅合金（垂直于光滑面切割），制得兩塊鎢銅合金標(biāo)準(zhǔn)試樣并標(biāo)記為 1和 2。 進(jìn)行深冷處理實驗 以 1h、 2h、 6h、 12h??為實驗周期進(jìn)行冷卻，在一定的條件下檢測鎢銅的洛氏硬度、電導(dǎo)率、密度等物理性能。 材料性能檢測 將 1號試樣（未深冷處理）進(jìn)行硬度測量、電導(dǎo)率測量、密度測量。 2號試驗放入液氮中后， 以 1h、 2h、 6h、 12h?? 180h為實驗周期依次進(jìn)行檢測 。 磨金相并拍照 深冷處理實驗結(jié)束后，將 1號試樣（未深冷處理）和 2 號試樣（深冷處理 120h 和深冷 15 處理 180h）進(jìn)行金相觀察，對比深冷處理前后的組織的不同。 研究的工藝流程 深冷處理及測量材料性能 深冷處理 深冷處理（ cryogenic treatment） 又稱超低溫處理 (一般為 130℃以下 )，是指將被處理的對 象置于特定的、可控的低溫處理環(huán)境中，使材料的微觀組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而改善材料性能的一種工藝方法。一般以液氮來達(dá)到冷卻效果。 液氮如圖 21所示： 16 圖 21 準(zhǔn)備液氮時的現(xiàn)象 操作方法： 。