1.Desarrollo del proceso de tratamiento criogénico

El tratamiento criogénico generalmente adopta el enfriamiento con nitrógeno líquido, que puede enfriar la pieza de trabajo por debajo de -190 ℃. La microestructura del material tratado cambia a baja temperatura y se mejoran algunas propiedades. El tratamiento criogénico fue propuesto por primera vez por la antigua Unión Soviética en 1939. No fue hasta la década de 1960 que Estados Unidos aplicó la tecnología de tratamiento criogénico a la industria y comenzó a utilizarla principalmente en el campo de la aviación. En la década de 1970, se expandió al campo de la fabricación de maquinaria.

De acuerdo con los diferentes métodos de enfriamiento, se puede dividir en método líquido y método de gas. El método líquido significa que el material o la pieza de trabajo se sumerge directamente en nitrógeno líquido para enfriar la pieza de trabajo a la temperatura del nitrógeno líquido, y la pieza de trabajo se mantiene a esta temperatura durante un cierto período de tiempo, luego se saca y se calienta a una temperatura determinada . Es difícil controlar la velocidad de subida y bajada de la temperatura de esta manera, lo que tiene un gran impacto térmico en la pieza de trabajo y generalmente se cree que es probable que provoque da?os en la pieza de trabajo. El equipo criogénico es relativamente simple, como el tanque de nitrógeno líquido.

2.método de gas de tratamiento criogénico

El principio del gas es enfriar mediante el calor latente de gasificación del nitrógeno líquido (alrededor de 199,54 kJ/kg) y la absorción de calor del nitrógeno a baja temperatura. El método de gas puede hacer que la temperatura criogénica alcance – 190 ℃, para que el nitrógeno criogénico pueda entrar en contacto con los materiales. A través del intercambio de calor por convección, el nitrógeno se puede vaporizar en la caja criogénica después de ser expulsado de la boquilla. La pieza de trabajo puede enfriarse mediante el calor latente de la gasificación y la absorción de calor del nitrógeno criogénico. Al controlar la entrada de nitrógeno líquido para controlar la tasa de enfriamiento, la temperatura del tratamiento criogénico se puede ajustar automáticamente y controlar con precisión, y el efecto de choque térmico es peque?o, al igual que la posibilidad de agrietamiento.

En la actualidad, el método de gas es ampliamente reconocido por los investigadores en su aplicación, y su equipo de enfriamiento es principalmente una caja criogénica programable con temperatura controlable. El tratamiento criogénico puede mejorar significativamente la vida útil, la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional de los metales ferrosos, metales no ferrosos, aleaciones metálicas y otros materiales, con considerables beneficios económicos y perspectivas de mercado.

La tecnología criogénica del carburo cementado se informó por primera vez en las décadas de 1980 y 1990. Tecnología Mecánica de Japón en 1981 y Taller de máquinas modernas de los Estados Unidos en 1992 informó que el rendimiento de los carburos cementados mejoró significativamente después del tratamiento criogénico. Desde la década de 1970, el trabajo de investigación sobre tratamiento criogénico en el extranjero ha sido fructífero. La antigua Unión Soviética, los Estados Unidos, Japón y otros países han utilizado con éxito el tratamiento criogénico para mejorar la vida útil de herramientas y troqueles, la resistencia al desgaste de las piezas de trabajo y la estabilidad dimensional.

3. Mecanismo de fortalecimiento del tratamiento criogénico.

Refuerzo de fase metálica.

El co en carburos cementados tiene una estructura cristalina fcc Fase α (fcc) y una estructura cristalina hexagonal compactada Fase ε (hcp). Relación ε-Co α-Co tiene un coeficiente de fricción peque?o y una fuerte resistencia al desgaste. Por encima de 417 ℃ α, la energía libre de la fase es baja, por lo que existe la forma Co α Phase. Por debajo de 417 ℃ ε Baja energía libre de fase, fase estable a alta temperatura α Transición de fase a baja energía libre ε Fase. Sin embargo, debido a las partículas de WC y α La existencia de heteroátomos de solución sólida en la fase tiene una mayor restricción en la transición de fase, lo que hace que α → ε Cuando la resistencia al cambio de fase aumenta y la temperatura cae por debajo de 417 ℃ α La fase no puede transformarse por completo en la fase ε. El tratamiento criogénico se puede aumentar considerablemente α y ε Diferencia de energía libre de dos fases, lo que aumenta la fuerza impulsora del cambio de fase ε Variable de cambio de fase. Para el carburo cementado después del tratamiento criogénico, algunos átomos disueltos en Co precipitan en forma de compuesto debido a la disminución de la solubilidad, lo que puede aumentar la fase dura en la matriz de Co, dificultar el movimiento de dislocación y desempe?ar un papel en el fortalecimiento de la segunda fase. partículas

Reforzamiento de tensiones residuales superficiales.

El estudio después del tratamiento criogénico muestra que la tensión de compresión residual superficial aumenta. Muchos investigadores creen que un cierto valor de tensión de compresión residual en la capa superficial puede mejorar en gran medida su vida útil. Durante el proceso de enfriamiento del carburo cementado después de la sinterización, la fase de unión Co está sujeta a tensión de tracción y las partículas de WC están sujetas a tensión de compresión. El estrés de tracción tiene un gran da?o para el Co. Por lo tanto, algunos investigadores creen que el aumento del estrés de compresión superficial causado por el enfriamiento profundo ralentiza o compensa parcialmente el estrés de tracción generado por la fase de unión durante el proceso de enfriamiento después de la sinterización, o incluso lo ajusta a tensión de compresión, reduciendo la generación de microfisuras.

Otros mecanismos de fortalecimiento

Se cree que η Las partículas de fase junto con las partículas de WC hacen que la matriz sea más compacta y firme, y debido a η La formación de la fase consume el Co en la matriz. La disminución del contenido de Co en la fase de unión aumenta la conductividad térmica general del material, y el aumento del tama?o y la adyacencia de las partículas de carburo también aumenta la conductividad térmica de la matriz. Debido al aumento de la conductividad térmica, la disipación de calor de las puntas de herramientas y matrices es más rápida; Se mejoran la resistencia al desgaste y la dureza a alta temperatura de herramientas y troqueles. Otros creen que después del tratamiento criogénico, debido a la contracción y densificación del Co, se fortalece el papel firme del Co en la retención de partículas de WC. Los físicos creen que el enfriamiento profundo ha cambiado la estructura de los átomos y las moléculas de los metales.

4. Un caso de YG20 Cold Heading Die con tratamiento criogénico

Pasos de operación del tratamiento criogénico del encofrado de muelle frío YG20:

(1) Coloque el troquel de encabezado en frío sinterizado en el horno de tratamiento criogénico;

(2) Inicie el horno integrado de templado criogénico, abra el nitrógeno líquido, redúzcalo a -60 ℃ a una velocidad determinada y mantenga la temperatura durante 1 h;

(3) Reducir a – 120 ℃ a una velocidad determinada y mantener la temperatura durante 2 h;

(4) Reduzca la temperatura a – 190 ℃ a una cierta velocidad de enfriamiento y mantenga la temperatura durante 4-8 h;

(5) Después de la conservación del calor, la temperatura se elevará a 180 ℃ según 0,5 ℃/min durante 4 horas.

(6) Después de completar el equipo del programa, se apagará automáticamente y se enfriará naturalmente a temperatura ambiente.

Conclusión: El troquel YG20 en frío sin tratamiento criogénico y después del tratamiento criogénico tiene una varilla roscada de acero al carbono Φ 3.8, los resultados muestran que la vida útil del troquel después del tratamiento criogénico es más de 15% más larga que la del troquel sin tratamiento criogénico. .

Se puede ver que en comparación con antes del tratamiento criogénico, el cobalto cúbico centrado en la cara (fcc) en YG20 después del tratamiento criogénico se reduce significativamente, ε- El aumento obvio de Co (hcp) es también la razón de la mejora de la resistencia al desgaste y propiedades integrales de los carburos cementados.

5.Limitaciones del proceso de tratamiento criogénico

Los resultados de la aplicación práctica de una empresa de herramientas y troqueles en los Estados Unidos muestran que la vida útil de los insertos de carburo cementado después del tratamiento aumenta de 2 a 8 veces, mientras que el ciclo de preparación de los troqueles de trefilado de carburo cementado después del tratamiento se extiende varias semanas. a varios meses. En la década de 1990, se llevó a cabo una investigación nacional sobre tecnología criogénica de carburo cementado y se lograron ciertos resultados de investigación.

En general, la investigación sobre la tecnología de tratamiento criogénico del carburo cementado está menos desarrollada y no es sistemática en la actualidad, y las conclusiones obtenidas también son inconsistentes, lo que requiere una exploración más profunda por parte de los investigadores. Según los datos de investigación existentes, el tratamiento criogénico mejora principalmente la resistencia al desgaste y la vida útil del carburo cementado, pero no tiene un efecto evidente en las propiedades físicas.