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一種改善刀具壽命的新工藝方法:深冷處理
文:toolmall 來源:中國金屬加工在線論壇 時間:2008-11-25 點擊:4379
低溫深冷處理工藝是一種將材料或零部件置于-130~-190℃的低溫下,按一定的工藝進行處理的過程。它不僅可以對黑色金屬、有色金屬、金屬合金和碳化物進行處理,還能對非金屬材料進行處理。深冷處理是對切削刀具材料進行處理的有效工藝手段。

1 機理概述

深冷處理的機理如今有幾種不同的觀點,現存的理論也有幾種。物理學家對刀具深冷導致金屬結構變化的分析認為,深冷改變了金屬的原子和分子的結構。冶金專家認為殘余奧氏體轉變為馬氏體是問題所在。但確切發生了什么變化尚待進一步研究。

2 工藝方法

1) 使用設備 帶有計算機連續監控并能自動調節液氮進入量、自動升降溫的深冷處理箱。
2) 處理過程 處理過程由精確編制的降溫、超低溫保溫和升溫3個程序組成。

適當緩慢的降溫隨之進行最少24h的-190℃超低溫的保溫以及合理的升溫,3個過程合計需36~74h,通過這種合理的過程和精密的監控可防止被處理工件的尺寸變化和“熱沖擊”的產生。

因此,要進行此項工作必須掌握好深冷工藝,并對工藝過程進行嚴格控制;還要知道刀具材料的成分和熱處理的工藝過程。深冷處理不同于一般的表面處理,它可以使被處理工具的全部材料性能都得到提高,這樣刀具經過多次修磨后仍能保持一致的性能。深冷處理并不能代替熱處理工藝,它是提高經熱處理后材料機械性能的一種有效補充手段。

3 深冷處理后效果對比

硬質合金刀具經深冷處理后效果比較見附表。實驗條件:切削試件為灰鑄鐵(HT250);刀具材料為硬質合金;深冷處理前、后切削參數相同。

經過深冷處理后,材料穩定性得到提高,有害應力得到減小,刀具壽命有所提高。通過對灰鑄鐵零件的加工試驗證實,以同樣的切削參數加工同一零件,從附表中可看出,經過深冷處理的刀具的平均壽命明顯提高約1.53~8.4倍左右。

試驗中也發現以下問題:若對刀具進行深冷處理后,不在-200℃進行4~5h的保溫,而將刀具在室溫中放置半個月左右,則刀具的壽命變得與未經深冷處理時一樣。其次,不能將刀具直接放到液氮中,這樣會使刀具遭到“熱沖擊”損害。另外,若原熱處理不合理也會造成深冷處理后效果甚微。劣質的合金不可能通過深冷處理來變成優質合金。

4 提高刀具性能的原因分析

由于溫度接近絕對零度時材料表現出的一種由無序向有序轉變的奇特現象,世界各國近年來開展的有關液氮溫度范圍超導材料的研究已經取得舉世矚目的成就,盡管對這類現象進行解釋的理論尚未形成,超低溫對材料的影響尚未完全認識,但如何應用這些已發現的物理現象來改進產品質量、降低成本,正在從試驗室進入工廠。對于深冷處理能提高刀具性能的原因分析如下:

1) 它使硬度較低的奧氏體轉變為較硬的、更穩定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體;
2) 通過超低溫處理,使被處理材料的晶格具有更加廣泛分布的硬度較高、粒度更細化的碳化物微粒;
3) 在金屬晶粒中可產生更均勻、更微小,且帶有更大密度的微小材料組織;
4) 由于有附加微碳化物粒子和更細密的晶格,故導致了更密集的分子結構,使材料內部微小的空洞被大大減少;
5) 材料經超低溫處理后內部熱應力和機械應力大為降低,從而有效地減少了造成工具和刀具產生裂紋、崩刃的可能性。此外,由于刀具中的殘余應力影響切削刃吸收動能的能力,經過超低溫處理的刀具不僅具有較高的抗磨性,而且其自身的殘余應力的危害也比未經處理的刀具大大降低;
6) 在被處理的硬質合金中,由于其電子動能的減少而使分子結構產生新的組合。

5 結論

通過對刀具進行深冷處理,可以增強刀具材料的抗磨性、強度、韌性和抗沖擊性,提高抗疲勞強度和消除內應力。由于提高了材料的穩定性和機械性能,因此延長了刀具使用壽命,減少了換刀、磨刀次數,降低了生產成本。
 
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