深冷处理简介——程控深冷箱

德捷力/黄诗珂

深冷处理，又称超低温处理，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。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。

. P, `0 P( q8 a! G2 T, ~! [; b8 ]& A深冷处理工艺简介
深冷处理的设备
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，如大型轧辊深冷设备最低使用温度为- 130℃和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 . 8kg 液氮。93 年研制的嵌套式深冷设备采用了双重致冷方式，即外层箱机械致冷至- 18 ～ - 24℃，内层箱采用液氮制冷至- 150℃，温度偏差为3℃以内。96 年研制的深井式冷处理装置，最低工作温度为- 100℃，温度偏差为2℃以内，升、降温速率为5 ～ 40℃ / h，不仅可调节还可以自动控制。此外国内也有一些从国外引进的深冷处理设备，如宝钢双频淬火车间引进的轧辊深冷装置，采用液氮制冷，最低温度可达- 180℃以下。在美国，六七十年代出现了许多液氮气体法的深冷设备，如BOC 公司的Ellenite 设备，可以均匀的冷却，精确控温。且可以在- 150℃保温。八十年代以来，出现了电脑控制升降温和处理飞机机翼的大型液氮深冷设备，如Cosmos 公司的CI 系列带电脑控制的深冷设备。采用固化的程序严格控制升温降温速度，可实现-190℃下的长时超低温保温。工件处理周期为40 ～72h。
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深冷处理的工艺
深冷处理根据制冷剂使用方法的不同可以分为液体法和气体法，但前者因为冷却温度较高（ -150℃），且具有热冲击性容易导致某些脆性部件的断裂，现在已经不大采用，而气体法则因为冷却温度低（ - 196℃）也没有热冲击性而得到广泛采用。
7 q6 p! v9 H, n0 U9 W' L关于深冷处理工艺参数中的升降温速度、保温时间、深冷处理次数和是否采用回火工艺以及回火工艺和深冷处理工艺顺序的关系，由于研究的结果不同，至今尚未有一个统一的认识，但一般认为适当地控制升降温速度（缓慢升降温）对于材料的深冷处理效果为佳。而保温时间和相关回火工艺的问题则与所要进行深冷的材料本身有关，如材料本身体积越大，导热性越差以及组织的稳定性越好则所需的
* q. t7 ?$ ^- l) \保温时间越长；而对于受冲击载荷较大、易弯曲载荷的模具，应采用淬火+ 回火一次+ 深冷+ 回火一次的处理工艺，对于要求高硬度、动载荷较小的模具材料采用淬火+ 深冷+ 回火一次的工艺较佳。

深冷处理应用
深冷加工技术一出现，就引起了科学研究界和工业界的调试重视，在国外已应用于刀具、刃具、量具、模具以及精密零件，如油泵的油嘴、发动机的涡轮、轧辊、阀门、齿轮等。
% H' @+ I$ }& C. L- Q2 f* v9 v' f. [; G目前深冷加工技术已经在以下几个方面得到应用：
' q7 T) x" c4 M: h( B4 }硬质合金刀具、刃具、钻头耐磨性能和使用寿命的提高；
; o9 R7 H% B: _* w' _; H7 c高速工具钢刀具、刃具、量具、钻头耐磨性能和使用寿命的提高；
金刚石钻头、锯片、顶锤的性能发送和热稳定性提高；
% A5 Q  F: y( o( r% v精密机械零件尺寸稳定性能的提高；
机械制造业中的热模具、冷作模具抗冲击能力和使用寿命提高；
: j$ p* `) g* P. C# a( v油嘴、弹簧、齿轮、轴承耐磨性能和使用寿命的提高。