1. Desenvolvimento do Processo de Tratamento Criogênico

O tratamento criogênico geralmente adota resfriamento de nitrogênio líquido, que pode resfriar a pe?a de trabalho abaixo de – 190 ℃. A microestrutura do material tratado muda a baixa temperatura e algumas propriedades s?o melhoradas. O tratamento criogênico foi proposto pela primeira vez pela antiga Uni?o Soviética em 1939. Foi somente na década de 1960 que os Estados Unidos aplicaram a tecnologia de tratamento criogênico à indústria e come?aram a usá-la principalmente no campo da avia??o. Na década de 1970, expandiu-se para a área de fabrica??o de máquinas.

De acordo com diferentes métodos de resfriamento, pode ser dividido em método líquido e método de gás. O método líquido significa que o material ou pe?a de trabalho é imerso diretamente em nitrogênio líquido para resfriar a pe?a de trabalho à temperatura de nitrogênio líquido, e a pe?a de trabalho é mantida a essa temperatura por um determinado período de tempo, depois é retirada e aquecida a uma certa temperatura . é difícil controlar a velocidade de subida e descida de temperatura desta forma, o que tem um grande impacto térmico na pe?a de trabalho e geralmente acredita-se que possa causar danos à pe?a de trabalho. O equipamento criogênico é relativamente simples, como o tanque de nitrogênio líquido.

2. método a gás de tratamento criogênico

O princípio do gás é resfriar pelo calor latente de gaseifica??o do nitrogênio líquido (cerca de 199,54 kJ/kg) e pela absor??o de calor do nitrogênio de baixa temperatura. O método do gás pode fazer com que a temperatura criogênica alcance -190 ℃, para que o nitrogênio criogênico possa entrar em contato com os materiais. Através da troca de calor por convec??o, o nitrogênio pode ser vaporizado na caixa criogênica após ser ejetado do bocal. A pe?a de trabalho pode ser resfriada pelo calor latente da gaseifica??o e pela absor??o de calor do nitrogênio criogênico. Ao controlar a entrada de nitrogênio líquido para controlar a taxa de resfriamento, a temperatura do tratamento criogênico pode ser ajustada automaticamente e controlada com precis?o, e o efeito de choque térmico é pequeno, assim como a possibilidade de rachaduras.

Atualmente, o método do gás é amplamente reconhecido pelos pesquisadores em sua aplica??o, e seu equipamento de refrigera??o é principalmente uma caixa criogênica programável com temperatura controlável. O tratamento criogênico pode melhorar significativamente a vida útil, a resistência ao desgaste e a estabilidade dimensional de metais ferrosos, metais n?o ferrosos, ligas metálicas e outros materiais, com consideráveis benefícios econ?micos e perspectivas de mercado.

A tecnologia criogênica do metal duro foi relatada pela primeira vez nas décadas de 1980 e 1990. Tecnologia Mecanica do Jap?o em 1981 e Oficina Moderna dos Estados Unidos em 1992 relataram que o desempenho de carbonetos cimentados melhorou significativamente após o tratamento criogênico. Desde a década de 1970, o trabalho de pesquisa sobre tratamento criogênico no exterior tem sido frutífero. A antiga Uni?o Soviética, os Estados Unidos, o Jap?o e outros países usaram com sucesso o tratamento criogênico para melhorar a vida útil das ferramentas e matrizes, a resistência ao desgaste das pe?as e a estabilidade dimensional.

3. Mecanismo de fortalecimento do tratamento criogênico

Refor?o de fase metálica.

O Co em carbonetos cimentados tem estrutura cristalina fcc α Phase (fcc) e estrutura cristalina hexagonal compacta ε Phase (hcp). Rela??o ε-Co α-Co tem baixo coeficiente de atrito e forte resistência ao desgaste. Acima de 417 ℃ α A energia livre da fase é baixa, ent?o existe a forma Co α Phase. Abaixo de 417 ℃ ε Baixa energia livre de fase, fase estável em alta temperatura α Transi??o de fase para baixa energia livre ε Fase. No entanto, devido às partículas de WC e α A existência de heteroátomos de solu??o sólida na fase tem uma maior restri??o na transi??o de fase, fazendo com que α → ε Quando a resistência à mudan?a de fase aumenta e a temperatura cai abaixo de 417 ℃ α A fase n?o pode ser completamente transformada na fase ε. O tratamento criogênico pode ser grandemente aumentado α E ε Diferen?a de energia livre de duas fases, aumentando assim a for?a motriz da mudan?a de fase ε Variável de mudan?a de fase. Para o carboneto cimentado após tratamento criogênico, alguns átomos dissolvidos em Co precipitam na forma de composto devido à diminui??o da solubilidade, o que pode aumentar a fase dura na matriz de Co, dificultar o movimento de deslocamento e desempenhar um papel no fortalecimento da segunda fase partículas.

Refor?o da tens?o residual superficial.

O estudo após o tratamento criogênico mostra que a tens?o residual de compress?o da superfície aumenta. Muitos pesquisadores acreditam que um certo valor de tens?o de compress?o residual na camada superficial pode melhorar muito sua vida útil. Durante o processo de resfriamento do metal duro após a sinteriza??o, a fase de liga??o Co está sujeita a tens?es de tra??o e as partículas de WC est?o sujeitas a tens?es de compress?o. A tens?o de tra??o causa grandes danos ao Co. Portanto, alguns pesquisadores acreditam que o aumento da tens?o de compress?o superficial causada pelo resfriamento profundo retarda ou compensa parcialmente a tens?o de tra??o gerada pela fase de liga??o durante o processo de resfriamento após a sinteriza??o, ou mesmo a ajusta para compress?o, reduzindo a gera??o de microfissuras.

Outros mecanismos de fortalecimento

Acredita-se que η As partículas de fase juntamente com as partículas de WC tornam a matriz mais compacta e firme, e devido a η A forma??o da fase consome o Co na matriz. A diminui??o do teor de Co na fase de liga??o aumenta a condutividade térmica geral do material, e o aumento do tamanho e adjacência das partículas de carboneto também aumenta a condutividade térmica da matriz. Devido ao aumento da condutividade térmica, a dissipa??o de calor das pontas de ferramenta e matriz é mais rápida; A resistência ao desgaste e a dureza a altas temperaturas das ferramentas e matrizes s?o melhoradas. Outros acreditam que após o tratamento criogênico, devido ao encolhimento e densifica??o do Co, o papel firme do Co na reten??o de partículas de WC é refor?ado. Os físicos acreditam que o resfriamento profundo mudou a estrutura dos átomos e moléculas de metais.

4.Um caso de matriz de cabe?a fria YG20 com tratamento criogênico

Etapas de opera??o do tratamento criogênico de cofragem de cais frio YG20:

(1) Coloque a matriz de cabe?a fria sinterizada no forno de tratamento criogênico;

(2) Inicie o forno integrado de têmpera criogênica, abra o nitrogênio líquido, reduza-o para – 60 ℃ a uma determinada taxa e mantenha a temperatura por 1h;

(3) Reduza para – 120 ℃ a uma determinada taxa e mantenha a temperatura por 2h;

(4) Reduza a temperatura para – 190 ℃ a uma certa taxa de resfriamento e mantenha a temperatura por 4-8h;

(5) Após a preserva??o do calor, a temperatura deve ser aumentada para 180 ℃ de acordo com 0,5 ℃/min por 4h

(6) Depois que o equipamento do programa estiver concluído, ele será desligado automaticamente e resfriado naturalmente até a temperatura ambiente.

Conclus?o: A matriz de cabe?a fria YG20 sem tratamento criogênico e após o tratamento criogênico é de cabe?a fria Φ 3,8 haste de parafuso de a?o carbono, os resultados mostram que a vida útil da matriz após o tratamento criogênico é mais de 15% mais longa do que a da matriz sem tratamento criogênico .

Pode-se observar que comparado com o antes do tratamento criogênico, o cobalto cúbico de face centrada (fcc) em YG20 após o tratamento criogênico é significativamente reduzido, ε- O aumento óbvio de Co (hcp) é também a raz?o para a melhoria da resistência ao desgaste e propriedades abrangentes de carbonetos cimentados.

5. Limita??es do processo de tratamento criogênico

Os resultados de aplica??o prática de uma empresa de ferramentas e matrizes nos Estados Unidos mostram que a vida útil das pastilhas de metal duro após o tratamento é aumentada em 2 a 8 vezes, enquanto o ciclo de dressagem das matrizes de trefila??o de metal duro após o tratamento é estendido de várias semanas a vários meses. Na década de 1990, foram realizadas pesquisas nacionais sobre tecnologia criogênica de metal duro, e alguns resultados de pesquisa foram alcan?ados.

Em geral, a pesquisa sobre a tecnologia de tratamento criogênico de metal duro é menos desenvolvida e n?o sistemática no momento, e as conclus?es obtidas também s?o inconsistentes, o que necessita de maior aprofundamento por parte dos pesquisadores. De acordo com os dados de pesquisa existentes, o tratamento criogênico melhora principalmente a resistência ao desgaste e a vida útil do metal duro, mas n?o tem efeito óbvio nas propriedades físicas.