：／；＼： 全：舍：全：舍：／ ：／ ： 综述～ 钢的冷处理和深冷处理 樊东黎 （北京机电研究所，北京 １０００８３） 摘要：综合阐述了钢的冷处理和深冷处理的基本原理，包括残留奥氏体的形成，影响残留奥氏体量的因素 和残留奥氏体对钢的性能的影响等，以及冷处理和深冷处理的工艺过程、应用领域、设备、生产注意 事项和技术发展的现状与趋势。 关键词：冷处理；深冷处理；工艺；设备；现状；展望 中图分类号：ＴＧ１５６．９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１６９０（２０１０）０６—０００１—００６ Ｓｕｂｚｅｒｏ ａｎｄ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ ＦＡＮ Ｄｏｎｇ—ｌｉ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｂｚｅｒｏ ａｎｄ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ，ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ：（ａ） ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ，ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ；（ｂ）ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｒｅａ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｎｏｔｉｃｅｓ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｚｅｒｏ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；ｐｒｏｓｐｅｃｔ 我们成天谈的都是热处理，但是不能忘记，冷处 理也是除了热处理工作者别人都不关心的技术。冷 处理和热处理有密切关系，可以说冷处理是热处理 增加，Ｍｓ—Ｍｆ马氏体转变温度范围向下移动（见图 １）。当碳钢的含碳量达到０．７％以上，马氏体终止 转变点Ｍｆ会低至０ｏＣ以下。大多数钢淬冷到室温 的进一步延伸。“搞好热处理，零件一顶几”已经成 为宣传热处理重要性的响亮口号，但是在许多情况 下，热处理工作者只有用好冷处理才能进一步发挥 热处理的潜力。笔者最近收集阅读了几篇关于冷处 理的文献，有了一些心得，觉得有必要和同行们讨论 （２０℃）奥氏体一马氏体转变不会完成，使部分奥氏 体保留下来，就成为钢显微组织中的残留奥氏体。 钢中含碳量愈高，Ｍｆ温度愈低，残留奥氏体愈多。当 钢中含碳量达到１．０％～１．４％时，淬冷到室温的残 留奥氏体会多达２０％～４０％（见图２）。在所有合 下这个问题。适逢《热处理》杂志约稿，借此机会 谈谈自己的意见，也总结一些别人的观点。 １ 淬火钢组织中的残留奥氏体 １．１ 残留奥氏体产生原因 钢件奥氏体化加热后淬火到室温奥氏体会转变 为马氏体，使钢的硬度和强度有明显提高。钢淬火 冷却时奥氏体要过冷到一定温度才开始转变为马氏 体。此温度被称为马氏体开始转变点（Ｍｓ），冷到更 低的一定温度完成马氏体转变，此温度被称为马氏 含碳量（％） 图１ 碳钢马氏体开始（Ｍｓ）和终止（Ｍｆ） 转变温度与钢含碳量的关系¨］ Ｆｉｇ．１ Ｍｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ 体终止转变点（Ｍｆ）。Ｍｓ和Ｍｆ与钢的含碳量和其他 化学成分有关，而含碳量的影响最大。随含碳量的 收稿日期：２００９￣８—１９ ０ｆ ｃａｒｂｏｎ ｃ０ｎｔｅｎｔ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ Ｅ‘］ 作者简介：樊东黎（１９３４一），男，山西定襄人，教授级高级工程师，中国热处理学会荣誉理事长，中国热处理行 业协会荣誉理事，全国热处理标准化技术委员会顾问，本－７１Ｊ编委会高级顾问。 《热处理》 ２０１０年第２５卷第６期 。１。 金元素中，ｃｒ对淬火钢中残留奥氏体量的影响最大 此外，淬火终冷温度愈高，与Ｍｆ温度差愈大，奥氏体 （见图３）。Ｎｉ是促使奥氏体稳定的元素，故含Ｎｉ、 转变愈不完全。表１所列为几种工具钢的Ｍｆ温度随 Ｃｒ低合金钢渗碳淬火后的残留奥氏体会多达５０％ 奥氏体化温度的变化。 ９０％的程度（图３）。 ．Ｉ Ｌ ｌ ｌ０００ ＼＼ ９００ ＼ ８００ 赠 ，ｏ０ ｆ 、 ＼ ＼ 、５０ ％转变 、．＼６００ ３０ 、２２ １０ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｌ Ｉ 蛹 ｌＯ ｌＯ ｌ０ ３ １０ 萋塞 稳定化时间／ｍｉｎ 萋萋 Ｌ ｌ Ｌ ｐ １ 赠 ＼、 含碳量（％） 茂＼ ＼２ 图２钢从通常的淬火温度淬冷到室温后的残留奥氏体量 ’ Ｆｉｇ．２ Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｎｓｔｅｎｉｔｅ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｆｒｏｍ ＼ ＼ 、 皂 ＼一 、ｂ＼３Ｏ ＃ ｌ 。 ５Ｏ ４Ｏ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｌ Ｊ Ｉ ＩＩ ｆ ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｔ Ｉ ｌＯ １０２ １０ １０ １Ｏ０ Ｉ 稳定化时间／ｍｉｎ 渗 碳时 ＇日］／３ １ ９０ Ｉ ｌ ＼ ０ ｐ ８０ ＼ ＼． 。 ～３— ０％ ７０ 舌 苔耍 堇 ， 赠 、 孚 ６０ ｌ ｌ Ｉ ／ ／萋垂 ～５ ＼ ＼ ＼避 渗碳｛ 度／ Ｃ／ ｏ％ 碛 ５０ ， ／ ’ ｌ Ｉ＿Ｉ ７＊０／＊ｌ转变 Ｉ●Ｉ Ｉ ｌ●Ｉ 蛙 ￣ｏｑｏ， ／ ／『／ ４０ 兰 ／ ９５０ ／、 稳定化时Ｉｈｑ／ｍｉｎ ３０ ／ 图４钢的奥氏体化温度、稳定化温度和时间对ＡＩＳＩ５２１００钢 ： ／ ／ ／ ， 庄２０ 在一１８０℃深冷处理后的残留奥氏体量的影响 ／ ／／ 一ｒ Ｕ Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｎｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ １Ｏ ００ ｏｆ ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ｏｎ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｏ ＡＩＳＩ５２１００ ｓｔｅｅｌ ｃｒｙｏ·－ｔｒｅａｔｅｄ ａｔ——１８０ ｏＣ ０．４ ０．６ ０．８ ｌ＿０ １．２ １．４ １．６ １．８ 含铬量（％） 表１ 工具钢马氏体终止转变温度Ｍｆ随奥氏体化温度的变化㈦ 图３低合金渗碳钢中的Ｃｒ、Ｎｉ对渗碳淬火后 Ｔａｂｌｅ １ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｏｏｌ ｓｔｅｅ 残留奥氏体量的影响… ｗｉｔｈ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［。］ Ｆｉｇ．３ Ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｎ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎｅｄ ｌｏｗ—ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ｃｈｍｍｉｕｍ ａｎｄ ｎｉｃｋｅ１ Ｅ ］ １。２影响残留奥氏体量的因素 除了钢的化学成分，特别是含碳量的影响，尚有 钢的渗碳温度（图３）、淬火加热奥氏体化温度（见图 ４）和终止冷却温度等。随着钢的奥氏体化温度的 提高，溶人奥氏体的碳化物和合金元素增多，使奥氏 １．３残留奥氏体对钢性能的影响 体稳定化程度增加。图４中，（ａ）为奥氏体化温度 残留奥氏体硬度比马氏体低得多，如其大量存 ７８０ ｏＣ，淬火后残留奥氏体量９．４％；（ｂ）为奥氏体 在会明显减低淬火件整体或表层（渗碳淬火和感应 化温度８４０℃，淬火后残留奥氏体量１８％；（ｃ）为奥 淬火件）硬度。过去一直认为，为保证零件耐磨性， 氏体化温度９００ ｏＣ，淬火后残留奥氏体量２７％…。 淬火钢件中的残留奥氏体愈少愈好，最多也不应超 ２· 《热处理》 ２０１０年第２５卷第６期 过１０％（体积）。钢件的残留奥氏体多，在服役过程 关于残留奥氏体的“功”与“过”是一个讨论多 中即使发生微量马氏体转变也会使成品零件尺寸发 年的热门话题，至今尚无统一认识。看来残留奥氏 生变化。其次，残留奥氏体多的钢件，其磨削裂纹的 体的表现应决定于钢件的服役条件，在一种工作条 敏感度高。这些都是残留奥氏体不利的方面。 件下有害，而在另一种条件下有利。自然科学规律 也有研究表明，ＡＩＳＩ８６２０钢（相当于２０ＣｒＮｉＭｏ） 的类似例子肯定还有不少，残留奥氏体在不同条件 和４６２０钢（相当于２０Ｎｉ２Ｍｏ）残奥达４０％时，弯曲 下的不同表现不足为怪。 拉伸应变值有明显改善。另有研究报告指出，残留 ２奥氏体的稳定化 奥氏体＞２０％时，在形成裂纹前有较大的弹性应变。 钢件在淬火冷却过程中发生的奥氏体一马氏体 奔驰汽车公司的Ｃ．Ｒａｚｉｍ博士的研究证明，大量残 转变，如果在Ｍｓ—Ｍｆ中间温度停留，再继续冷却转变 留奥氏体（直到５０％）有助于提高渗碳淬火钢的接 为马氏体的量会减少，即更多的残留奥氏体会保留 触疲劳强度（图５）。他在发表的另一篇文章中指 下来。对于高碳过共析钢和渗碳淬火钢，这种现象 出，对数种级别渗碳淬火钢进行比较发现，含有一定 特别明显。此现象被称做奥氏体的稳定化。 数量残留奥氏体的淬火钢，其弯曲的可塑性有明显 奥氏体稳定化的规律： 改善。 （１）冷却到Ｍｓ—Ｍｆ问某一中间温度停留时间愈 长，稳定化现象愈明显，即继续冷却到更低温度残留 的奥氏体愈多。从图４所示的ＡＩＳＩ５２１００（ＧＣｒｌ５） 钢奥氏体稳定化温度保持时间与深冷处理到 １８０ ｏＣ可转变的奥氏体量的关系曲线可知，在稳 定化温度保持时间愈长，在低温下可转变为马氏体 的残留奥氏体愈少 Ｊ。表２所列为几种碳素工具 钢和合金工具钢淬冷到２０℃停留不同时间对继续 冷到Ｍｒ温度时马氏体增量（残留奥氏体减量）的影 响。 （２）淬火时在Ｍｓ－Ｍｆ间停留的温度愈高，继续冷 图５含５０％残留奥氏体的渗碳淬火钢接触疲 却转变的奥氏体愈少。从图４所示的ＡＩＡＩ ５２１００ 劳性能的改善（Ｃ．Ｒａｚｉｍ）… 钢可看出奥氏体稳定化的明显规律。 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｎｔａｃｔ ｆａｔｉｇｕｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ａｎｄ 通常钢在油、水、气体或聚合物溶液中淬火只能 ｈａｒｄｅｎｅｄ ｓｔｅｅｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ５０％ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ［ 冷却到室温（约２０℃），如果钢的Ｍｆ温度在室温以 表２ ２０℃稳定化对冷￣ｌＪＭｆ时的马氏体增量的影响 Ｔａｂｌｅ ２ Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｉｎ ｓｔｅｅｌｓ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｔｏ ２０℃ａｎｄ ｈｅｌｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｏｌｄｅ ｔｏ Ｍｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 。 下，则在室温停留，再继续通过冷处理冷到Ｍｆ温度以 前尚没有一个公认的合理解释。 下，能转变的残留奥氏体量会明显减少。这类钢在 ３钢的冰冷和深冷处理 淬冷到室温后，先行１５０—２００ ｏＣ低温回火最后再冷 ３．１冷处理工艺 到Ｍｆ以下，能转变为马氏体的残留奥氏体更少。 关于淬火钢奥氏体稳定化的确切原因和机制目 为了消除和减轻残留奥氏体的不利影响，诸如 硬度低、耐磨性差、尺寸不稳定、磨削时易产生裂纹 《热处理》 ２０１０年第２５卷第６期 ·３· 等，许多钢件在淬火后需继续冷到Ｍｒ以下温度。对 于一般碳素工具钢和低合金结构钢，Ｍｆ点在一６Ｏ～ （１）淬火冷却到室温应立即施行冷处理。由于 在钢的淬火冷却过程中间停留有奥氏体稳定化效 的奥氏体转变为马氏体，淬火后应立即施行冷处理 ８Ｏ℃范围，而过共析碳素钢和过共析合金工具钢 应，为了使钢在淬冷到室温，然后继续冷却时有更多 以及含Ｎｉ、ｃｒ的合金渗碳钢则需冷却到更低，接近 液氮（一１８０ ｏＣ）温度。通常在一８０℃左右的冷却 （参见图４和表２）。 （２）残留奥氏体转变成马氏体的量只取决于冷 被称做冰冷（ｓｕｂｚｅｒｏ）处理，在液氮温度附近的冷却 被称做深冷（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）处理。二者统称为冷处理。 却达到的温度，在低温下的保持时间无关紧要，因为 小尺寸和小批量零件的冰冷处理通常在盛有干 残留奥氏体一马氏体转变在低温冷却的瞬间即完 冰（固体二氧化碳）＋丙酮或干冰＋苯混合液的保 成，故不必在低温保持，只需使工件从外到里冷透。 温容器中进行，其温度可达一７５一一７８ ｃＩ＝ 。大型 （３）由于钢淬火后施行冷处理会导致残余应力 和大批量零件可在空气循环的利用绝热膨胀降温原 增大，也会使钢的力学性能发生不利变化，处理不当 理的大型制冷机中进行冷处理，其最低温度可达 工件会开裂，故冷处理后必须立即进行低温回火。 １００ ｏＣ。深冷处理在液氮蒸发气体（～１８０ ｏＣ）或 （４）为了减轻奥氏体稳定化效应，一般钢件淬 火。但对于量具、机床导轨、轴承钢球和滚柱，为使 其尺寸稳定，故意使奥氏体稳定，经常先回火后冷处 理或回火＋冷处理多次循环。 浸入液氮（一１９０ ｏＣ）中进行。冷处理工艺示意地表 火后须先冷处理，然后再施行１６０～１７５ ｃＣ的低温回 示于图６。 （５）为了减少钢件的应力和畸变，减少淬火到 室温的残留奥氏体量，其淬火加热温度应尽可能低， 窝 冷处理时将钢件缓慢冷却到０ ｑＣ以下，为此在冷处 理前钢件最好用纸张包裹。 ４淬火钢冷处理后的性能变化 钢件淬火冷却到室温立即施行冷处理，由于残留 冷处理 奥氏体的转变、马氏体量的增加，钢的硬度有稍许提 高。表３中所列数据为几种工具钢淬冷到室温，然后 继续冷到钢Ｍｆ温度以下，在室温保持不同时间的硬度 图６冷处理和热处理的工艺曲线示意图 Ｆｉｇ．６ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ｓｕｂｚｅｒｏ ｏｒ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｙｃｌｅｓ 增量。图７所示为ＩＩＩＸｌ５（ＧＣｒ１５）钢从８４０ ｏＣ淬冷到 ２０℃，随后继续冷到一７８℃后的力学性能变化。 ３．２冰冷和深冷处理注意事项 表３ 几种工具钢淬冷到２０℃奥氏体的稳定化对冷到钢Ｍｆ以下的硬度增量的影响 Ｔａｂｌｅ ３ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｏｏｌ ｓｔｅｅｌｓ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｔｏ ２０ ｏＣ ａｎｄ ｈｅｌｄ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｏｌｅｄ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ Ｍｆ 《热处理》 ２０１０年第２５卷第６期 ５．３液氮蒸发式冷处理设备 使用如图９所示的设备可将少量零件冷到 ／ Ｌ 一 一 ／ １８０ ｏＣ。把需要冷却的零件放在工作位置１，液氮 盛于容器４。由于热透过容器壁传导，容器４中的压 ／ 力会升高。当阀６打开时可利用此压力将液氮喷人 仉 ／ ／ 黑 坦 ， ４ 工作区，使其立即蒸发。用风扇７使蒸发的氮通过 工作区循环，同时吸取工件热量并降低其温度。调 节阀６可控制喷入的液氮量和冷却温度。由于液氮 在恒压下蒸发，在工作室形成的超压，从放气阀８排 出。该设备冷到一１８０ ｏＣ的时间不超过１０ ｍｉｎ。 ｌ／ －一 －—一 ｜ｙ ／＼ 广 ／ ３ （一 ２委 １ 来回火 １５０ １７５ ２００ ２２５ 回火温度／℃ 图７ ＷＸ１５（ＧＣｒ１５）钢从８４０ ｏＣ油淬至２Ｏ℃ （实线）和从８４０ ｏＣ油淬至２Ｏ℃再于一７８℃冷处理（虚线） 后的力学性能比较 Ｆｉｇ．７ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＩＬＩＸ１５（ＧＣｒｌ５）ｓｔｅｅｌ ｏｉｌ—ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｆｒｏｍ ８４０℃ｔｏ ２０ ｏＣ（ｓｏｌｉｄ ｌｉｎｅ）ｏｒ ｏｉｌ—ｑｕｅｎｃｈｅｄ ｆｒｏｍ ８４０℃ｔｏ ２０￣Ｃ ａｎｄ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｓｕｂｚｅｒｏ ｔｒｅａｔｅｄ ａｔ一７８ ｏＣ ｆ ｄｏｔｔｅｄ ｌｉｎｅ） ５冷处理设备 ５．１冰冷保温罐 图９液氮蒸发式冷处理设备 Ｆｉｇ．９ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｕｓｉｎｇ ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ 有保温夹层（抽真空或填隔热材料）的容器，内 盛干冰丙酮，干冰＋乙醇或干冰＋苯的混合液，温度 可达一７５一一７８ ｃｃ，用于处理小尺寸或小批量零 件 。 ５．２冷却循环空气的热交换器 ５．４和制冷机连通的容器 用此设备可对大批量零件在一１ ９０ ｏＣ施行深冷 处理。制冷机用电机驱动，以Ｓｔｉｆｌｉｎｇ循环原理工 作，靠空气连续循环将处理位置上的工件逐步冷到 预定温度。图１０所示为１００ Ｌ容积和制冷机连接 的空容器从室温冷到一１８０℃和从一１８０ ｏＣ自然升 温到０℃的冷却和升温曲线。由此可知，经过１ ｈ 可冷到一１２０ ｏＥ，再冷１．５ ｈ才达一１８０℃。从 利用低温级联系统（图８）用风扇循环空气来冷 却成筐零件。空气自上而下流动，吸取工件热量，再 通过料筐底部流出，回流入热交换器。热交换器用 ２个或４个压缩机冷却。这种用于冷处理的速冷机 的设定冷却能力为将２７０～６８０ ｋｇ零件在２ ｈ内冷 却到一８５℃。 １８０ ｃｃ恢复到０℃的时间约需２０ ｈ． ２５ ０ ５Ｏ ＼。 ＼ 赠１Ｏ０ 赠 １５０ １８０ ｌ ２ ３ 冷却时间／Ｉｌ 图１Ｏ和制冷机连通的空罐的冷却和自然升温曲线 图８ 空气换热器中循环的用于冷处理的低温级联系统 Ｆｉｇ．８ Ｓｕｂｚｅｒｏ ｏｒ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ［ ］ Ｆｉｇ １０ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｌｌ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ａ ｖａｃａｎｔ ｒｅｔｏｒｔ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ［ ］ 《热处理》 ２０１０年第２５卷第６期 ·５· ６展望 ６．１ 美国冷处理和深冷处理行业现状 开裂、氧化和磨损沟纹，其寿命提高２—４倍 Ｊ。 表５其他领域细目的销售额 Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｕｒｎｏｖｅｒ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｚｅｒｏ ｏｒ 由于冷处理和深冷处理有利也有弊和人们认识 的差异，从该技术问世的数十年中发展不快，推广应 用面也不广。学者们对冷处理时的奥氏体稳定化实 质和机制研究得不透。可以说，钢的冷处理理论与 ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｆｉｅｌｄｓ［ ］ 实践还有很多值得探讨的问题。 美国新英格兰深冷技术研究所（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｉｎｓｔｉ． ｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｎｇｌａｎｄ，Ｃｉｎｅ）２００５年对深冷处理加工进 行了一次专门调查，在４０个企业范围对其中３０个 企业进行了全面的电话采访 ４ Ｊ。调查结果如下： （１）美国国内的３ｏ个深冷处理企业年营业额只有 ８００万美元，其中７５％是加工服务，２５％是设备销售。 ａ一未列用途，ｂ一易损消耗品，包括高尔夫俱乐部用品、 （２）１４家企业是１９９６年或之前建立的，占深冷 注：加工总额的８０％，设备销售的１００％。 软球棒（拍）、网球线、钓鱼线等。 （３）冷处理加工的主要客户是汽车和工具行业 ６．３深冷处理技术展望 的企业，其他行业尚有高速车辆、高性能高磨耗运动 机械、机床、钻具、泵、木材切削工具、纸浆、纸张、人 身保健、音响器械、电子、食品加工和建筑。 （４）深冷处理加工的单价平均为￥５．３５／磅，但不 同的机器零件，价格波动很大（￥２／磅～￥３０／磅）。 虽然不尽如人意，但钢的冷处理和深冷处理技 术基础和实践毕竟还有较多研究和成果，并获得较 广泛应用。对于此技术在非铁金属和合金方面的应 用和提高产品性能、寿命的理论和实践还是一个空 白。钢的冷处理和深冷处理效果除了残留奥氏体转 变，尚有碳化物的析出和聚集、位错密度变化、合金 元素的重新分布以及马氏体正方度变化等因素 Ｊ。 这些因素和材料性能的定量关系，从微观组织、原子 迁移和结构缺陷等角度需要进一步深入研究。对铸 铁、非铁金属和合金的正面影响，作用机制的研究空 白应给予足够重视，及早加以弥补，以挖掘该技术在 更大领域推广应用的潜力。 参考文献 （５）被调查的３０家企业都是兼容冷处理，其中 ８家企业冷处理加工占２２．７ ＦＴＥ，是３０家企业总量 的６２％（ＦＴＥ全称是Ｆｕ１１ Ｔｉｍｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ，１ＦＴＥ相 当于每周工作４０ ｈ）。其他２２家为ｌ４．２ ＦＴＥ（占３Ｏ 家企业总量的３８％）。 （６）３０个企业的冷处理市场和销售额见表４ （７）其他领域冷处理加工细目的销售额见表５。 表４冷处理市场和销售额比重 Ｔａｂｌｅ ４ Ｓｕｂｚｅｒ０ ｏｒ ｃ ｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 竺 ！！兰 ！ ！ ！！！！！ ！ 塑壁 ２ ３ ４ ［１］美国金属学会，中国机械工程学会热处理专业学会译．金属手 册（第９版，４卷）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８８：１１１—１１２． ［２］Ｇｅｏｒｇｅ Ｅ．Ｔｏｔｔｅｎ，Ｍｏｕｒｉｅ Ａ，Ｈ，Ｈｏｗｅｓ．Ｓｔｅｅｌ，Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｈａｎｄ－ ｂｏｏｋ［Ｍ］．Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ，１９９７． ［３］ＩＯ．Ａ．Ｆｅ￣ｅｐ．ＨＨＣＴｐｙＭｅＨＴａａ￣ＨｂＩｅ １９５５：１８３＿１８８· ［Ｍ］． Ⅲ疆 ３ⅡａＴ， 堕 堕 工具／切削机床 大型零件 其他 重些塑些重 ！ ４２ ３０ １０ １８ １ 摩托赛车／汽车／直升机旋翼赢 — ４９ 当前，深冷处理的一些用途已越出钢中残留奥氏 体转变为马氏体概念。最近的研究表明，深冷加工显 ［５］Ｒａｊｅｎｄｒａ Ｋｅｌｋ ，Ｐｈｉｌｉｐ Ｎａｓｈ，Ｙｕｎｔｉａｎ ｚｈｕ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ 示出对铜、铝等非铁合金和非奥氏体组织的正面影 响。硬质合金工具、铜电极、电子器械和塑料制品经ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｏｉｌ Ｍ２ ｔｏｏｌ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］·Ｈｅａｔ Ｔｒｅ砒ｉ“ｇ Ｐ ｇｒｅｓｓ，２００７，Ａｕｇｕ ： 捌· 深冷处理也表现出常理无法解释、出人意料的效果。 ７］樊东黎ｃｋ ｉｅＨｋｍ。越ａｎ ，Ｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｌｅｅｄ Ｂｒａｋｅｓ Ｉｎｃ．公司发现，对具有珠光体基 ［： 詈 Ｐ 徐跃明，佟晓辉．热处理技术数据手册（第二版）［Ｍ］． 体组织的铸铁刹车轮盘施行深冷处理可减少其畸变、 北京：机械工业出版社，２００６：３３７－２４０． 第６期 ６· 《热处理》 ２０１０年第２５卷
