1.Разработка процесса криогенной обработки

Криогенная обработка обычно использует охлаждение жидким азотом, которое может охладить заготовку до температуры ниже – 190 ℃. Микроструктура обработанного материала изменяется при низкой температуре, улучшаются некоторые свойства. Криогенная обработка была впервые предложена в бывшем Советском Союзе в 1939 году. Только в 1960-х годах Соединенные Штаты применили технологию криогенной обработки в промышленности и начали использовать ее в основном в области авиации. В 1970-х годах компания расширилась до машиностроительной отрасли.

По различным методам охлаждения его можно разделить на жидкостный и газовый. Жидкостный метод означает, что материал или заготовка непосредственно погружаются в жидкий азот для охлаждения заготовки до температуры жидкого азота, и заготовка выдерживается при этой температуре в течение определенного периода времени, затем ее вынимают и нагревают до определенной температуры. . Таким способом трудно контролировать скорость повышения и понижения температуры, что оказывает сильное термическое воздействие на заготовку и, как обычно считается, может привести к ее повреждению. Криогенное оборудование относительно простое, например резервуар с жидким азотом.

2. газовый метод криогенной обработки

Принцип действия газа заключается в охлаждении за счет скрытой теплоты газификации жидкого азота (около 199,54 кДж/кг) и поглощения тепла низкотемпературным азотом. Газовый метод позволяет достичь криогенной температуры – 190 ℃, так что криогенный азот может контактировать с материалами. Благодаря конвекционному теплообмену азот может испаряться в криогенной камере после выброса из сопла. Заготовка может охлаждаться за счет скрытой теплоты газификации и поглощения тепла криогенным азотом. Контролируя подачу жидкого азота для контроля скорости охлаждения, можно автоматически регулировать и точно контролировать температуру криогенной обработки, а эффект теплового удара невелик, поэтому вероятность растрескивания мала.

В настоящее время газовый метод широко признан исследователями в своем применении, а его охлаждающее оборудование в основном представляет собой программируемый криогенный бокс с регулируемой температурой. Криогенная обработка может значительно увеличить срок службы, износостойкость и стабильность размеров черных металлов, цветных металлов, металлических сплавов и других материалов со значительными экономическими преимуществами и рыночными перспективами.

О криогенной технологии цементированного карбида впервые сообщили в 1980-х и 1990-х годах. Механическая технология Японии в 1981 году и Современный механический цех США в 1992 г. сообщили, что характеристики цементированных карбидов значительно улучшились после криогенной обработки. С 1970-х годов исследования по криогенной обработке за рубежом ведутся плодотворно. В бывшем Советском Союзе, США, Японии и других странах криогенная обработка успешно применялась для повышения срока службы инструментов и штампов, износостойкости заготовок и стабильности размеров.

3. Усиление механизма криогенной обработки.

Армирование металлической фазой.

Co в цементированных карбидах имеет ГЦК-кристаллическую структуру α-фазы (ГЦК) и плотно упакованную гексагональную кристаллическую структуру ε-фазы (ГПУ). Соотношение ε-Co α-Co имеет малый коэффициент трения и высокую износостойкость. Выше 417 ℃ α Свободная энергия фазы низкая, поэтому существует форма Co α Phase. Ниже 417 ℃ ε Фаза с низкой свободной энергией, стабильная фаза при высокой температуре α Фазовый переход в фазу с низкой свободной энергией ε. Однако из-за частиц WC и α Существование в фазе гетероатомов твердого раствора оказывает большее ограничение на фазовый переход, делая α → ε При увеличении сопротивления фазовому переходу и снижении температуры ниже 417 ℃ α Фаза не может полностью преобразоваться в фазу ε. Криогенная обработка может быть значительно увеличена α И ε Двухфазная разность свободной энергии, тем самым увеличивая движущую силу фазового перехода ε Переменная фазового перехода. Для твердого сплава после криогенной обработки некоторые атомы, растворенные в Со, выделяются в виде соединения из-за снижения растворимости, что может увеличивать твердую фазу в матрице Со, препятствовать движению дислокаций и играть роль в упрочнении второй фазы. частицы.

Упрочнение поверхностных остаточных напряжений.

Исследование после криогенной обработки показывает, что поверхностные остаточные напряжения сжатия увеличиваются. Многие исследователи считают, что определенное значение остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое позволяет значительно увеличить срок его службы. В процессе охлаждения твердого сплава после спекания связующая фаза Со подвергается растягивающему напряжению, а частицы WC — сжимающему. Растягивающие напряжения сильно повреждают Co. Поэтому некоторые исследователи считают, что увеличение поверхностных сжимающих напряжений, вызванное глубоким охлаждением, замедляет или частично компенсирует растягивающие напряжения, создаваемые связующей фазой в процессе охлаждения после спекания, или даже регулирует их до сжимающее напряжение, уменьшающее образование микротрещин.

Другие механизмы укрепления

Считается, что η частицы фазы вместе с частицами WC делают матрицу более компактной и прочной, а за счет η образования фазы расходуется Co в матрице. Уменьшение содержания Co в связующей фазе увеличивает общую теплопроводность материала, а увеличение размера частиц карбида и их прилегания также увеличивает теплопроводность матрицы. Из-за увеличения теплопроводности теплоотвод наконечников инструментов и штампов происходит быстрее; Повышается износостойкость и жаропрочность инструментов и штампов. Другие считают, что после криогенной обработки за счет усадки и уплотнения Со усиливается прочная роль Со в удерживании частиц WC. Физики считают, что глубокое охлаждение изменило структуру атомов и молекул металлов.

4. Случай холодной высадки головки YG20 с криогенной обработкой

Этапы криогенной обработки опалубки холодного пирса YG20:

(1) Поместите спеченную головку холодной высадки в печь для криогенной обработки;

(2) Запустите интегрированную печь криогенного отпуска, откройте жидкий азот, уменьшите его до - 60 ℃ с определенной скоростью и поддерживайте температуру в течение 1 часа;

(3) Уменьшить до – 120 ℃ с определенной скоростью и поддерживать температуру в течение 2 часов;

(4) снизить температуру до – 190 ℃ при определенной скорости охлаждения и поддерживать температуру в течение 4-8 часов;

(5) После сохранения тепла температура должна быть повышена до 180 ℃ со скоростью 0,5 ℃/мин в течение 4 часов.

(6) После того, как программное оборудование будет завершено, оно автоматически выключится и естественным образом охладится до комнатной температуры.

Вывод: головка холодной высадки YG20 без криогенной обработки и после криогенной обработки представляет собой винтовой стержень из углеродистой стали Φ 3,8 с холодной головкой, результаты показывают, что срок службы матрицы после криогенной обработки более чем на 15% больше, чем срок службы матрицы без криогенной обработки. .

Можно видеть, что по сравнению с тем, что было до криогенной обработки, гранецентрированный кубический кобальт (ГЦК) в YG20 после криогенной обработки значительно снижается, ε- Очевидное увеличение Со (ГПУ) также является причиной улучшения износостойкости и всесторонние свойства цементированных карбидов.

5. Ограничения процесса криогенной обработки

Результаты практического применения компании по производству инструментов и штампов в США показывают, что срок службы твердосплавных вставок после обработки увеличивается в 2–8 раз, а цикл правки волочильных волок из цементированного карбида после обработки увеличивается с нескольких недель. до нескольких месяцев. В 1990-х годах проводились отечественные исследования по криогенной технологии твердого сплава, и были достигнуты определенные результаты исследований.

В целом, исследования по технологии криогенной обработки твердого сплава в настоящее время менее развиты и не систематизированы, а полученные выводы также противоречивы, что требует дальнейшего углубленного изучения исследователями. Согласно имеющимся данным исследований, криогенная обработка в основном повышает износостойкость и срок службы твердого сплава, но не оказывает явного влияния на физические свойства.