做家：JackCahn，DeepCryogenics国际公司总裁

热责罚企业往往将气体渗氮和渗碳做为自身的要点营业，但有意它们会忽略一个以很低成本大幅抬高耐磨功用的机遇——深冷责罚。它究竟是甚么，是不是能够为您的营业带来显著改正？

长处

深冷责罚(DCT)是一种热责罚工艺，能够使磨损寿命拉长20–70%，极限抗拉强度(UTS)/屈从强度抬高10–20%，而侵蚀水准则削减30%之多(图1和2)。

图1.屈从强度改正

图2.侵蚀水准削减

它与表面强硬或表面涂覆不同，部件不会形成变形；深冷责罚的部件也谢绝易产生疲惫开裂。

渗氮会形成一个白亮层，而深冷责罚不会。它再有一点和其它三种工艺都不同：厚度不同的异种材料(好比黑色和有色材料)能够一同责罚，以抬高板滞功用和耐化学功用。

深冷责罚也能与气体渗氮相分离，进而得到细化的碳氮化物和通体伊塔碳化物析出——同时得到分散、淬火和无分散热动力学工艺的长处(图3)。深冷责罚带来的耐磨功用改正是永远性的、不随时光而松开的和不行逆转的。

图3.耐磨碳化物

很多刀具和器材钢临盆商倡导，在奥氏体化和淬火之后，但在回火之前，应该举办深冷责罚。采取深冷责罚来拉长D2、H13、S7和C以及注塑、冲压和锻模等行业行使的多种模具钢的磨损寿命，是业界的准则实习。

关于那些曾经现场行使液氮来知足临盆工艺对放热和吸热性气体请求的热责罚企业来讲，深冷责罚也是成本最低的热责罚工艺之一。

从环保的角度来讲，深冷责罚是中性的：它能够拉长金属的磨损寿命，但不形成化学物资和废物，也不举办冲洗，更不须要易燃的、危险的或易爆的气体。

在北美最大的20家贸易热责罚企业中，有15家都在传播自身的深冷责罚效劳，其它还珍稀百家企业占有袖珍的深冷责罚设立。

它的劳动旨趣

深冷责罚工艺一般在奥氏体化和淬火之后举办，是淬火工艺在马氏体改变开端和结果温度下列的有用不断。

部件被放在一个特意策画的责罚室内，用6–8小时从处境温度迟缓冷却到大抵-.5°C，而后在枯燥的氮气处境中坚持8–30小时，再迟缓回到处境温度——之后是1–3步回火责罚。圆形的真空责罚室须要的液氮(LN2)少于矩形责罚室，还能原位举办重型部件的回火责罚(图4)。

图4.真空深冷责罚室

深冷责罚是一种无分散的热责罚工艺，能够在稳定脆的境况下使残剩奥氏体改变为马氏体，而且析出一次和二次伊塔碳化物。由于温度充裕低，坚持时光充裕长，会产生从面心立方(FCC)到体心立方(BCC)布局或密排六方(HCP)滑移系的相变。

深冷责罚能够消除热责罚或缔造工艺使金属形成的轮回应力和外加应力，进一步削减层错、位错、羼杂和空穴等晶体弊端的迁徙(图5a和5b)。弊端迁徙的削减带来了原子间距的减小——直接削减了疲惫裂纹形核和扩充。

图5a.G2铸铁中的MnS羼杂；基准

图5b.G2铸铁中的MnS羼杂；深冷责罚

该工艺对铸件、锻件、增材缔造部件和机加工部件都很有用，由于深冷责罚是一种效用于全部材料的工艺——纵然表面涂层和表面强硬层曾经销蚀许久之后仍旧坚持优秀的耐磨功用。

比年来，墟市上曾经推出了容量为2.4米x2.4米x6米，能够责罚多达13.6吨炉料的产业深冷责罚设立，使得该工艺方今能够用来责罚大型涡轮机部件、火油自然气部件和采矿部件等这些之前对深冷责罚来讲过大的部件(图6)。

图6.36K设立内公斤的锰钢粉碎机锥套

那末，既然犹如很多的长处，为甚么这项工艺却没有得到看重和推行呢？

初期的运用和妨碍

在上世纪80岁月，热责罚企业采取低温责罚(-62°C)来削减残剩奥氏体，后来又采取浅冷责罚(-96°C–-°C)来低沉残剩应力。但是，缺乏能够科学地考证深冷责罚对抬高耐磨性效用的深冷责罚测试实行室，没有大型深冷责罚设立，没有特意针对深冷责罚的ASTM测试办法，等等，成为了该工艺在墟市上推行的紧要妨碍。

可惜的是，普及采取的洛氏硬度测试办法(ASTME18-20)并不能展现出耐磨功用改正的成效。由于没有特意的ASTM测试办法用来考证工艺改正，也没有供给商推出大型深冷责罚室来增加现有车底式产业炉的不够，很罕见热责罚企业舒服采取深冷责罚。纵然有了深冷责罚室，也往往被摆放在车间的边际搁置不必。

今朝的机遇

产业范围设立的涌现，是深冷责罚技艺的一个紧要攻破。DeepCryogenics国际公司在年晚些光阴缔造的原形设立36K为热责罚企业带来了拓展营业范围的新技能和对大型部件举办深冷责罚的新能耐。

图7.公司副总裁LindaWilliams和36K设立

由于36K既能举办-°C的深冷责罚，也能举办°C的回火责罚，(包含深冷责罚后的回火在内的)全部工艺能够在统一个责罚室内完竣。如许，责罚能耐将不再是该技艺的一个束缚要素。

一种新式营业形式也曾经改观了深冷责罚行业：低成本租借。经过废除高成本的稳固物业置办，DeepCryogenics国际公司的专属租借谋划为热责罚企业供给了行使功业范围深冷责罚设立的机遇，包含了一台现场液氮产生器和一个11.4立方米储罐。

目前，液氮能够在现场以低于散装供给气体的价值制取——使深冷责罚的“总计”成本降到了每磅0.20美元下列。

劳埃德船级社暂时正在采取一种新办法依照公认的测试准则ASTME——采取X射线衍射法的残剩应力测试——对36K和深冷责罚技艺举办认证查核。

这类无损测试办法将靠得住地探测深冷责罚部件，依据残剩应力的低沉来权衡改正水准。

年将是深冷责罚的一个紧要节点，它将迎来很多个第一：大容量设立，专属租借谋划，产业测试和认证，等等。

(相片来历：DeepCryogenics国际公司)

做家简介：JackCahn是DeepCryogenics国际公司总裁，该公司是一家深冷责罚设立缔造商，而且建有一个深冷责罚研讨实行室。他占有25年深冷责罚行业劳动经验，包含面向科研、兵工、动力和采矿运用的深冷责罚工艺的策画和开拓。他持有多项专利和表明招牌，还撰写过量篇研讨论文。他的公司于年6月在加拿大南阿尔伯塔盛开一处深冷责罚树模设备。

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