深冷處理某種意義上是淬火的延續(xù)，通過降低溫度讓Mf點(diǎn)在常溫以下的材料繼續(xù)完成A向M的轉(zhuǎn)變，像某些高碳高合金鋼及低合金滲碳鋼Mf點(diǎn)都比較低，在常規(guī)淬火后，殘余奧氏體可達(dá)25%，甚至更高，通過繼續(xù)轉(zhuǎn)變，通?？梢蕴?*RC1-3度，多時(shí)甚至可達(dá)HRC5-6度。

在馬氏體基體析出納米級(jí)別的超細(xì)碳化物，微量提升了工件的硬度，上海交大的錢士強(qiáng)用16Mn實(shí)驗(yàn)，基本撇開了殘奧轉(zhuǎn)變的影響，經(jīng)多次深冷的工件相比未深冷的硬度提高了HRC約1.5度，說明彌散分布的超細(xì)碳化物對組織起到了彌散強(qiáng)化的作用。

根據(jù)材料手冊，材料硬度在HRC50以上時(shí)，我們可以看到硬度每提升HRC0.5度，鉻鋼、鉻釩鋼及鉻鉬鋼的抗拉強(qiáng)度通常提高幅度在30MPA左右。

提升大件的整體硬度，增加淬硬層深。

2、保證工件的尺寸精度

殘余奧氏體是一種不穩(wěn)定組織，會(huì)隨著時(shí)間的推移以及外力的作用而促使其部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，影響工件的尺寸精度。

奧氏體的比體積：0.1212+0.0033（%C） w(C)%=0-2

馬氏體的比體積：0.1271+0.0025（%C） w(C)%=0-2

在正常情況下，按照以上公式估算，奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體體積增加約4%左右，假設(shè)熱處理后有10%的殘奧存在時(shí)，全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體則體積有0.4%的膨脹. 深冷處理可以把殘奧控制在5%甚至3%以下，并且殘留的那部分奧氏體在后續(xù)加工及使用中很難再發(fā)生轉(zhuǎn)變，所以，工件的精度得以大大提高。

材料內(nèi)部的點(diǎn)缺陷、空位等也會(huì)造成工件使用過程中的尺寸變化。

通過極低溫度的深冷處理，驅(qū)動(dòng)原有的點(diǎn)缺陷產(chǎn)生塑性流變，減少空位缺陷。采用正電子淹沒技術(shù)測出了深冷后的空位表濃度變化，深冷前的正電子壽命為298s，深冷后為163.4s，可見，深冷處理減少近半數(shù)的空位濃度，因此提高了工件的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，甚至可以避免形成空位群而造成微裂紋。（同時(shí)這也是改變某些有色金屬電阻率的原因。）

3、提高工件的耐磨性

硬度提升了，高硬度的馬氏體比奧氏體顯而易見的更耐磨。像W18CR4V\CR12等材料，當(dāng)硬度從HV600提升到HV800時(shí)，其相對耐磨性分別提升大約15%至20%。

大量析出并彌散分布在馬氏體位錯(cuò)線和孿晶帶上的超細(xì)碳化物，對馬氏體基體起到釘扎和支撐的作用，即使深冷有時(shí)并未明顯提升工件硬度，但我們可以明顯看到其耐磨性的提升。

對高碳高合金工件來說，耐磨性提升50%還是比較多見的。

4、提高工件的沖擊韌性

低溫收縮導(dǎo)致材料晶格常數(shù)縮小，在馬氏體基體上析出納米級(jí)別的超細(xì)碳化物，同時(shí)馬氏體的軸比降低，陳長風(fēng)、李士燕的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了T12在經(jīng)過深冷處理（-196℃保溫10小時(shí)）后，其馬氏體軸比數(shù)值穩(wěn)定在1.027，而未深冷的軸比在1.038，在李雄、李士燕的另外一個(gè)高速鋼W6CR5MO4V2的深冷實(shí)驗(yàn)中，其馬氏體軸比從未深冷的1.022降到深冷（-196℃保溫12小時(shí)）后的1.014

同上實(shí)驗(yàn)，馬氏體的碳含量從0.49%降到0.32%，未深冷的馬氏體孿晶寬度為20-70nm, 經(jīng)過深冷后馬氏體孿晶寬度未10-20nm，晶粒明顯細(xì)化。而且孿晶帶上析出的碳化物顆粒尺寸為6-10nm。晶粒度越細(xì)，細(xì)晶帶來的強(qiáng)化量越大。

深冷減少空位濃度，點(diǎn)缺陷的減少也是工件沖擊韌性提高的原因之一。

5、改善工件的內(nèi)應(yīng)力分布，提高疲勞強(qiáng)度

深冷處理通過細(xì)化組織、彌散分布碳化物、減少點(diǎn)缺陷等變化，對工件內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行了再分布，并改變了某些應(yīng)力的狀態(tài)。

當(dāng)工件從深冷的溫度回升并經(jīng)正常溫度回火時(shí)，相當(dāng)于多了接近兩百度的溫差用來消除應(yīng)力。某種意義上，長時(shí)慢速深冷的全過程作用類似于人工時(shí)效。

要想起得很好的深冷處理消除應(yīng)力的效果，深冷工藝中的降溫速度及升溫速度控制非常重要。

6、提高工件的耐腐蝕性能

深冷處理細(xì)化了晶粒，晶界的細(xì)化可以減少晶間腐蝕的機(jī)會(huì)。

轉(zhuǎn)移了多余的自由能，并減小了奧氏體和馬氏體的兩相電位差，減少了電化學(xué)腐蝕的機(jī)會(huì)。 l 減少了組織內(nèi)部的應(yīng)力，使組織更均勻，減少了應(yīng)力腐蝕的機(jī)會(huì)。

減少空位濃度可有效減少氫在組織內(nèi)部富集的機(jī)會(huì)。

其他小的方面還有諸如：減少工件熱處理后線切割或磨削的開裂風(fēng)險(xiǎn)，提升工件的拋光性能，改善工件的矯頑力等指標(biāo)。對某些需要三次回火的模具工件來講，深冷處理也可以減少一次回火工序。

二、深冷處理的作用

深冷處理針對黑色金屬的改善主要在以下幾方面：

1、高速鋼刀具、刃具、工量具壽命的提高；

2、硬質(zhì)合金的刀具、刃具壽命的提高；

3、硬質(zhì)合金的鉆頭、鉆具的壽命提高；

4、金剛石制成品的性能改善，如人造金剛石熱穩(wěn)定性提高、人造金剛石礦用鉆頭、金剛石Φ105mm鋸片等的性能提高；

5、金剛石熱壓機(jī)的頂錘性能提高；

6、精密機(jī)械的裝配零件的尺寸穩(wěn)定；

7、碳纖維絲的性能提高；

8、油嘴、彈簧、齒輪、軸承使用壽命提高；

9、機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中的熱作模具、冷作模具使用壽命提高。

三、深冷處理工藝制定要素

在實(shí)際生產(chǎn)中采用何種深冷處理工藝，我覺得要考慮以下幾個(gè)因素：

1、要求提高什么性能

是提高尺寸精度還是提高沖擊韌性？是提高硬度、耐磨性還是其他導(dǎo)電性能？不同要求決定了不同的工藝。

2、工件的材質(zhì)

工件材質(zhì)的不同決定其Mf點(diǎn)，而通常深冷處理的溫度都應(yīng)該低過其Mf點(diǎn)，所以深冷處理的溫度和工件材質(zhì)相關(guān)。

3、工件的尺寸及幾何形狀

工件的尺寸決定工件的保溫時(shí)間，而幾何形狀決定深冷處理是否需要前道工序預(yù)先消除應(yīng)力，同時(shí)降溫的速度也主要是由工件的幾何形狀和其應(yīng)力狀態(tài)來決定的。

4、成本與性能比

在能夠滿足客戶要求的前提下，盡可能的降低成本，現(xiàn)代企業(yè)分工很明確，對供應(yīng)鏈的每個(gè)階段都有成本控制的要求，作為制造企業(yè)也應(yīng)考慮到性價(jià)比。深冷處理從效果上來說，當(dāng)然是溫度越低，效果越好。但考慮到成本的問題，在實(shí)際生產(chǎn)中，大家通常是做到Mf點(diǎn)以下低一點(diǎn)。不過，這樣的工藝能解決的是部分殘A的問題，至于析出超細(xì)碳化物，減少組織應(yīng)力（此點(diǎn)是在回火過程中解決，溫差越大，效果可能越好）效果就不明顯。

在充分考慮的以上要素之后，才能科學(xué)的制訂深冷處理工藝，深冷工藝包括以下幾個(gè)內(nèi)容：

1、深冷前處理

2、處理溫度

3、處理時(shí)間

4、降溫速度

5、深冷次數(shù)

6、深冷后處理

四、深冷處理的典型應(yīng)用

工量刃具、圓鋸片、圓刀類

冷作模具

馬氏體不銹鋼類的刀剪產(chǎn)品

冷軋輥