硬质合金深冷处理?

硬质合金深冷处理?

       本文简要介绍了一种程控深冷处理装置的结构和性能, 并介绍了几种不同牌号的硬质合金经深冷处理后性能的变化情况。
深冷处理就是将材料或工件置于- 130 ℃以下的特殊可控环境中进行保温以提高或改善其性能的一种处理工艺,它是常规冷处理的一种延伸, 是一种从二十世纪中期开始广泛应用于工业生产的一种新工艺。深冷处理不但可以显著提高材料或工件的力学性能、尺寸稳定性和使用寿命, 而且操作简便、成本低廉无污染, 因此具备了相当可观的经济效益和市场前景。
材料或工件深冷处理后的效果主要由深冷工艺中的各参数决定, 如降温速率、深冷温度、深冷时间( 保温时间) 、升温速率、深冷次数等。因此深冷处理装置应该具有温度可控、升降温速率可控、温度均匀度高等特征方能满足工业化生产的要求。下面对一般深冷装置的结构、性能特点及对硬质合金深冷处理后的测试数据作简要介绍。
1 硬质合金深冷装置结构及性能
       深冷处理通常以液氮作制冷剂, 根据液氮使用方法的不同, 深冷处理方式可以分为液体法和气体法两种。液体法即将材料或工件直接浸入液氮中, 这种方式对工件有较大的热冲击而产生缺陷, 处理温度只能达到- 150 ℃左右。气体法则是通过液氮的汽化潜热( 约199.54 kJ/kg) 和低温氮气吸热来制冷。气体法不但可使深冷温度达到- 190 ℃, 而且对工件没有热冲击性, 因此气体法得到了更为广泛的应用。
本试验用深冷装置外观见图1, 该装置由自增压低温瓶、液氮传输管、程控深冷箱三部分组成, 以下为该装置的主要技术指标:
温度范围190 ℃～- 190 ℃
最大降温速率10 ℃/min
最大升温速率10 ℃/min
控温精度±3 ℃
温度均匀度±2 ℃
有效工作尺寸500 mm×400 mm×400 mm
自增压低温瓶有效容积165 L
自增压低温瓶最大充液量120 kg
自增压低温瓶由不锈钢内外胆、支撑系统、高真空绝热夹层、汽化器、阀门管路和安全系统等部分组成, 结构如图2 所示。
1.2 液氮传输管
      液氮传输管为一根高压管, 用以连接低温瓶的出液口与深冷箱的进液接口。
1.3 程控深冷箱
      程控深冷箱的结构图如图3 所示。深冷装置工作时, 液氮经由传输管从低温瓶进入深冷箱, 电磁阀根据工艺设定情况控制进入深冷箱冷冻室的液氮量, 深冷箱内置的循环风扇工作, 均匀分散注入的液氮从而确保冷冻室内温度的均匀性。深冷箱的控温仪表采用人工智能调节方式, 采用了模糊规则进行PID 调节, 具有无超调、高精度、参数确定简单、控制效果好的特点。深冷程序的编制采用“温度- 时间- 温度”格式, 其定义为: 从当前设定温度, 经过当前设置的时间, 到达下一温度( 下一段设置温度) , 操作非常简便。
2 试验结果与讨论
      利用本套装置, 对几个牌号的硬质合金产品进行了深冷处理试验, 表1 为采用某一程序进行深冷处理前后性能对照表。
试验数据显示, 经深冷处理后, 各牌号合金的矫顽磁力明显提高、比饱和磁化强度明显降低、硬度略有提升、密度基本不变, 抗弯强度变化的大致趋势为: 烧结态抗弯强度值越低的牌号, 深冷处理后提升的幅度越大, 这同文献[1]中的试验结果是一致的,同文献[2]中的试验结果则略有不同。在许多文献中, 如文献[3]、文献[4]都指出, 深冷处理虽然只是稍微提高了硬质合金的常规力学性能( 主要指硬度和抗弯强度) , 但却显著提高了其使用性能, 使用寿命可提高30%~300%。由于时间关系, 尚未对上述几个牌号硬质合金制品深冷处理前后的使用情况进行对比实验, 在今后的研究中可以将深冷处理工艺对硬质合金使用性能的影响作为重点。
3 结束语
      虽然硬质合金深冷强化机理至今仍未形成定论, 深冷硬质合金制品的推广应用工作也基本上处于起步阶段, 但深冷处理对硬质合金使用性能有着程度不同的改善则已形成共识。本试验说明, 我们可以以非常低廉的成本对硬质合金制品进行深冷强化处理, 改善其使用效果, 以满足各行各业对硬质合金性能日益提高的要求。

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