1.深冷處理工藝開發(fā)

深冷處理通常采用液氮冷卻，可將工件冷卻至-190℃以下。處理后材料的微觀結構在低溫下發(fā)生變化，一些性能得到改善。深冷處理最早由前蘇聯(lián)于1939年提出，直到1960年代美國才將深冷處理技術應用到工業(yè)上，開始主要應用于航空領域。 1970年代擴展到機械制造領域。

根據(jù)冷卻方式不同，可分為液體法和氣體法。液態(tài)法是指將材料或工件直接浸入液氮中，將工件冷卻至液氮溫度，并將工件在該溫度下保持一定時間，然后取出加熱至一定溫度.這種方式很難控制升溫和降溫的速度，對工件的熱影響很大，一般認為容易對工件造成損壞。低溫設備比較簡單，比如液氮罐。

2.氣法深冷處理

氣體原理是利用液氮的氣化潛熱（約199.54kJ/kg）和低溫氮氣的吸熱來冷卻。氣體法可使低溫溫度達到-190℃，使低溫氮氣與物料接觸。通過對流換熱，氮氣從噴嘴噴出后在低溫箱內汽化。工件可以通過氣化潛熱和低溫氮氣的吸熱來冷卻。通過控制液氮的輸入來控制冷卻速度，可以自動調節(jié)和精確控制深冷處理溫度，熱沖擊效應小，開裂的可能性小。

目前，氣體法在其應用中得到了研究人員的廣泛認可，其冷卻設備主要是溫度可控的可編程低溫箱。深冷處理可顯著提高黑色金屬、有色金屬、金屬合金等材料的使用壽命、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，具有可觀的經濟效益和市場前景。

硬質合金的低溫技術在1980年代和1990年代首次被報道。 機械技術 日本在 1981 年和 現(xiàn)代機械車間 美國 1992 年報道，硬質合金經深冷處理后性能顯著提高。 1970年代以來，國外對低溫處理的研究工作卓有成效。前蘇聯(lián)、美國、日本等國家已成功地采用深冷處理，提高了工模具的使用壽命、工件的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。

3.深冷處理的強化機理

金屬相增強。

硬質合金中的Co具有fcc晶體結構α相（fcc）和密排六方晶體結構ε相（hcp）。 ε-Co比α-Co摩擦系數(shù)小，耐磨性強。 417℃以上α相的自由能較低，所以存在Coα相形式。 417℃以下ε相的低自由能，高溫下穩(wěn)定相α相轉變?yōu)榈妥杂赡堞畔?。但由于WC顆粒和α相中固溶雜原子的存在對相變有較大的約束，使得α→ε當相變阻力增大，溫度降至417℃以下時α相不能完全轉變進入ε相。深冷處理可以大大增加α和ε兩相自由能差，從而增加ε相變的驅動力變量。對于深冷處理后的硬質合金，由于溶解度降低，部分溶解在Co中的原子以化合物的形式析出，可以增加Co基體中的硬質相，阻礙位錯運動，起到強化第二相的作用。粒子。

強化表面殘余應力。

深冷處理后的研究表明，表面殘余壓應力增加。許多研究人員認為，使表層殘余壓應力達到一定值，可以大大提高其使用壽命。在硬質合金燒結后的冷卻過程中，結合相Co受到拉應力，WC顆粒受到壓應力。拉應力對Co的破壞很大。因此，有研究人員認為，深度冷卻引起的表面壓應力增加減緩或部分抵消了燒結后冷卻過程中鍵合相產生的拉應力，甚至將其調整為壓縮應力，減少微裂紋的產生。

其他強化機制

認為 η 相顆粒與 WC 顆粒一起使基體更加致密和堅固，并且由于 η 相的形成消耗了基體中的 Co。結合相中Co含量的降低提高了材料的整體熱導率，碳化物粒徑和鄰接性的增加也提高了基體的熱導率。由于導熱系數(shù)的增加，工具和模具尖端的散熱更快；提高工模具的耐磨性和高溫硬度。也有人認為，深冷處理后，由于 Co 的收縮和致密化，Co 對 WC 顆粒的牢固作用得到加強。物理學家認為，深度冷卻改變了金屬原子和分子的結構。

4.YG20深冷冷鐓模一例

YG20冷墩模板深冷處理操作步驟：

(1)將燒結好的冷鐓模具放入深冷處理爐；

(2)啟動低溫回火一體爐，打開液氮，以一定速度降溫至–60℃，保溫1h；

(3)以一定速度降溫至-120℃，保溫2h；

(4)以一定的降溫速度降溫至——190℃，保溫4-8h；

(5)保溫后按0.5℃/min升溫至180℃保溫4h

(6)程序設備完成后，自動斷電，自然冷卻至室溫。

結論：未經深冷處理和經深冷處理的YG20冷鐓模具為冷鐓Φ3.8碳鋼螺桿，結果表明經深冷處理后的模具使用壽命比未經深冷處理的模具長15%以上.

可以看出，與深冷處理前相比，深冷處理后YG20中的面心立方鈷（fcc）明顯減少，ε-Co（hcp）的明顯增加也是耐磨性和硬質合金的綜合性能。

5.深冷處理工藝的局限性

美國某工模具公司的實際應用結果表明，硬質合金刀片經處理后使用壽命提高2~8倍，而硬質合金拉絲模具經處理后的修整周期由數(shù)周延長到幾個月。 1990年代，國內開展了硬質合金深冷技術研究，取得了一定的研究成果。

總的來說，目前對硬質合金深冷處理技術的研究還不夠發(fā)達，不夠系統(tǒng)，得出的結論也不一致，需要研究人員進一步深入探索。根據(jù)現(xiàn)有研究資料，深冷處理主要提高硬質合金的耐磨性和使用壽命，但對物理性能沒有明顯影響。