[科普中國(guó)]-深冷加工

以電腦控制的超低溫槍管加工處理程序，把槍管放在超低溫下冷卻一段長(zhǎng)時(shí)間（如：攝氏零下190度/華氏零下310度，放置22小時(shí)），可以改變金屬的分子結(jié)構(gòu)，降低槍管的金屬應(yīng)力，可以增加精準(zhǔn)度達(dá)30%。

簡(jiǎn)介以中科院理化所為代表的深冷專家將深冷加工由國(guó)外帶到國(guó)內(nèi)，由槍管帶到軋輥、模具、刀具、閥門等等許多行業(yè)。深冷加工不僅可以提高槍的精度，更可以提高黑色金屬的硬度和耐磨性，提高軋輥、模具、刀具等零件的使用壽命；甚至還可以提高樂器的音質(zhì)、高爾夫球桿的擊球長(zhǎng)度。

總之，隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，深冷加工在各行各業(yè)的應(yīng)用會(huì)更加廣闊，不斷發(fā)揮神奇作用。

深冷技術(shù)深冷技術(shù)是近年來(lái)興起的一種發(fā)送金屬工件性能的新工藝技術(shù)，是最有效、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。在深冷加工過程中，金屬中大量殘余奧體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，特別是過飽和的亞穩(wěn)定馬氏體在從-196℃至室溫的過程中會(huì)降低過飽和度，析出彌散、尺寸僅為20～60A并與基體保持共格關(guān)系的超微細(xì)碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，微觀應(yīng)力降低，而細(xì)小彌散的碳化物在材料塑性變形時(shí)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體組織。

同時(shí)由于超微細(xì)碳化物顆粒析出后均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界脆化作用，而基體組織的細(xì)化既減弱了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚程度，又發(fā)揮了晶界強(qiáng)化作用，從而改善了工模具的性能，使硬度、抗沖擊韌性和耐磨性都顯著提高。

深冷技術(shù)的改進(jìn)效果不僅限于工作表面，它滲入工件內(nèi)部，體現(xiàn)的是整體效應(yīng)，所以可對(duì)工件進(jìn)行重磨，反復(fù)使用，而且對(duì)工件還有減少淬火應(yīng)力和增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性的作用。

相關(guān)研究冷加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，深冷加工對(duì)航空難加工材料切削性能、切削溫度、刀具磨損、表面完整性等的影響，指出了進(jìn)一步研究和應(yīng)用亟待探索和解決的問題1。

鎳基高溫合金具有較高的高溫強(qiáng)度、組織穩(wěn)定性、抗氧化性和耐腐蝕性等優(yōu)良性能，在航天航空業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵組件中被大量使用。在鎳基高溫合金加工過程中，切削力大，切削溫度高，刀具磨損嚴(yán)重。

常規(guī)冷卻液的冷卻效果在其加工過程中，隨著切削溫度的升高會(huì)減弱。因此為了改善鎳基高溫合金的難加工性，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高生產(chǎn)效率，以液氮作為冷卻液的深冷加工得到了廣泛使用。

但是關(guān)于深冷加工對(duì)表面完整性的影響機(jī)理和規(guī)律的研究還是比較少，圍繞高溫合金深冷加工表面完整性開展研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：通過對(duì)比分析鎳基高溫合金和45鋼在深冷加工和干切削過程中的切削力和切削溫度，研究深冷加工對(duì)機(jī)械載荷和熱載荷的影響2。

分析切削參數(shù)如切削速度，進(jìn)給和切深，對(duì)于深冷加工冷卻效果的影響。最后結(jié)合材料屈服應(yīng)力的熱軟化規(guī)律與有限元仿真解釋深冷加工對(duì)于機(jī)械載荷的影響。

從物理層面分析深冷加工殘余應(yīng)力的形成機(jī)理，定量分析并建模熱載荷對(duì)殘余應(yīng)力的影響，通過有限元法和移動(dòng)熱源法預(yù)測(cè)在鎳基高溫合金深冷加工和干切削中表面殘余應(yīng)力的差值。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李航 - 副教授 - 西南大學(xué)