深冷处理 深冷处理设备 深冷技术应用 深冷处理工艺 材料处理工艺
摘要：本文概述了深冷处理的发展过程、作用机理、研究内容、并举出一些在生产上应用的实例，最后提出继续进行深冷处理技术研究的看法。
关键词：深冷处理 深冷处理设备 深冷技术应用 深冷处理工艺 材料处理工艺
1、前言
深冷处理在有些文献中又称作超冷处理或低温处理。他是热处理工艺在冷却过程中的延续、深冷处理与一般的冷处理不同之处在于冷处理（SZ）的处理温度约为-100℃以上，深冷处理（SSZ）的处理温度则为-100℃以下。也有文献表明，深冷处理是在-130℃或-160℃以下的处理温度。
早在100多年前，人民就将深冷处理应用于钟表零件，铸件等产品，发现它能提高材料的强度、耐磨性、尺寸稳定性和使用寿命。如瑞士钟表商就将钟表中的一些关键零件埋到寒冷的阿尔卑斯雪山中，以提高零件的耐磨性和寿命。
深冷出来最早是1939年由俄国人首先提出的。随着液氮技术及保温材料的发展，1965年美国将其实用化。随即俄罗斯、日本等世界各国学者都对其进行了较为广泛而深入的研究。研究结果表明，材料经深冷处理后的性能比一般冷处理后的性能好。
深冷处理技术是在二十世纪八十年代末传入我国，开始在工具钢、模具钢上进行应用研究，而在铸铁合金和有色合金材料等领域研究的很少、而福建省对深冷处理技术的研究目前尚属空白。
2、深冷处理的作用机制
深冷处理能大幅提高材料的机械性能和使用性能，目前对其作用机理的研究大致可归纳如下：
a． 合金材料在淬火后残余奥氏体在深冷过程中进一步转变成马氏体，并使马氏体组织更加稳定；
b．合金材料中马氏体内分布更多、更细的碳化物硬质点，合金的组织变的更均匀、更致密、更细化。
c． 低温冷却的收缩可使材料本身存在的微小缺陷（如微孔、应力集中部位）产生塑性流变；复温过程中在空位表面产生残余应力，这种残余应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害，最终表现为材料抗力的提高；
d． 对钢或其他合金来说，深冷处理能部分转移金属原子的动能，原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能、深冷处理正是部分转移原子间的动能，从而使原子结合更紧密，提高了金属性能。
3深冷处理工艺
深冷处理工艺过程包括深冷方式、降温速度、保温时间、升温速度、回火过程等工艺参数，这些参数都会对深冷处理效果产生较大的影响，而且不同的材料有不同的工艺参数。
a． 深冷方式
深冷出来通常使用液氮（-196℃）作为制冷剂，根据使用液氮的方法不同可分为液体法和气体法两种。液体法是将工件直接浸入液氮中，处理温度可达-150℃以下，但是有较大的热冲击，容易造成某些材料的低温脆性。气体深冷法又称作干式深冷法，即通过液氮的汽化潜热（199 84kj/kg）和低温氮气吸热来制冷，处理温度可达-196℃。由于没有热冲击而较为普遍应用。
b．升降温速度
目前对升降温速度有两种意见。一种意见认为工件的升降温速度不能太快， 即不赞成将工件直接浸入液氮中，因为激冷将导致工件内部的应力加大，易造成工件的变形或开裂。另一种意见则认为可以快速冷却或升温，如此会使奥氏体失稳，更易转变为马氏体，且直接浸冷速比油淬慢，不易引起材料的变形或开裂。如前苏联专利“冷冲击法”和日本的“深冷急热法”等。总之，深冷处理的升降温速冻应视具体的材料而定。
c． 保冷时间
在深冷温度下保持的时间，应与合金所设计的性能有关，如在钢的深冷处理中，当残余奥氏体转变成马氏体时，由于是非等温变化，所以不需要保温时间；如是需要组织中析出碳化物，是等温变化，必须有保温时间，如有人对LD钢的保温时间定为1h，对硬质合金和高速钢采用长达20h的保温工艺。
d． 深冷工艺顺序
深冷处理安排在整个热处理过程的哪道工序之后，目前还没有一个统一的说法、。有些文献中安排在淬火后回火之前进行深冷处理，有些文献中安排在回火之后进行，还有些文献中安排在多级热处理之前。看来还是根据最终要获取什么组织来决定的。
e． 深冷处理次数
一般认为重复多次深冷处理比单次深冷处理的效果好。如前苏联采用的“热循环稳定处理法”；有的采用多次脉冲方式处理认为可以最大限度改善材料的力学性能；还有人认为三次深冷可以使材料的抗冲击磨损性能明显提高。
4 深冷处理在生产上的实际应用
深冷处理技术应用很广泛，涉及许多行业，如航空航天行业，兵器工业，汽车工业，船舶工业、电子工业、机械工业、木材加工业等等。其处理对象范围也很广泛，不仅有金属材料如碳素结构钢、合金结构钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、铜及其合金等。而且还有非金属材料，如陶瓷，尼龙、塑料、橡胶制品、食物及药品等、
综述
从表1和表2的数据可以看出，深冷处理对轧制过的工模具钢的性能影响比较显著，而对铸造的高合金材料的影响相对较小；深冷处理对铸造高合金才的硬度影响不稳定，而对韧性的影响较稳定；深冷处理对铸造高合金材料的耐磨性有一定的影响，但影响不大。
5．深冷处理技术展望
深冷处理技术在金属材料中的应用已取得一定成效，而且有些成效是比较显著的，这一点已有了共识，但深冷处理技术还是一门比较年轻的科学，目前国内外报道主要还是工艺性方面的研究占多数，而对于机理方面的研究很少，即使有些文章中有一些机理方面的探讨，但还是利用金属热处理中的机理来吻合，缺乏对材料实质性的研究检测，当然。，对材料的围观分析不是一件很容易的事，它受到种种条件的限制，但是如果没有深入的机理分析探讨，就没有办法把握住深冷处理对该材料性能影响的真正规律，这样材料性能的波动就会很大。
其次，深冷处理作为材料处理的一种延续，所以材料最终性能的好坏，不单取决于深冷处理的工艺，还有热处理以及热处理与神力处理之间相互搭配的工艺，所以也增加了深冷处理技术稳定使用的难度，总之，深冷处理技术在挖掘传统材料的潜能中是一种很有用的技术，应该引起材料工作者的重视，但是深冷处理技术还很年轻，有大量的研究工作要做。