金属深冷处理设备

深冷处理技术在金属材料中的应用

第１卷第２期

材料研究与应用

Ｖ０１．１．ＮＯ．２

２００

７年６月

ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ

ＪＵｌｌ．２００７

文章编号：１６７３—９９８１（２００７）０２—０１５０—０４

深冷处理技术在金属材料中的应用

邱

庆

忠

（华南理工大学机械工程学院，广东广州

５０１６４０）

摘要：介绍了金属材料深冷处理技术的发展历史，阐述了国内外深冷处理工艺对工件性能影响的研究

及金属材料的深冷处理机理．

关键词：深冷处理；残余奥氏体；马氏体

串图分类号：ＴＧ２４９．１

文献标识码：Ａ

深冷处理是常规冷处理的延伸，是以液氮为制深冷处理可将刀具、磨具、齿轮、轴承、特殊弹簧、硬冷剂在低于一１３０℃的温度对材料进行处理的方法．质合金、高速钢、钴基合金的使用寿命提高５～１０该法能改变材料的力学性能，可在不降低材料强度倍［６］．日本近藤正男研究了深冷处理和马氏体相变及硬度的情况下，显著提高材料的韧性，使其具有广的关系；大川雄史研究了深冷处理对ＳＫＤ模具钢的阔的应用前景．使用寿命及ＳＫＤｌｌ钢耐磨性的影响；山中正喜研究了深冷处理对工具钢（ＳＫ３，ＳＫＤｌｌ，ＳＫＳｌｌ和１

深冷处理技术的发展与应用

ＳＫＤ５１）的耐磨性的影响［７］．深冷处理技术

一：前言

Linux设备模型是一个极其复杂的结构体系，在编写驱动程序的时候，通常不会用到这方面的东西，但是。理解这部份内容，对于我们理解linux设备驱动的结构是大有裨益的。我们不但可以在编写程序程序的时候知其然，亦知其所以然。又可以学习到一种极其精致的架构设计方法。由于之前已经详细分析了sysfs文件系统。所以本节的讨论主要集中在设备模型的底层实现上。上层的接口，如pci.,usb ,网络设备都可以看成是底层的封装。

二：kobject ,kset和ktype

Kobject,kset,kypte这三个结构是设备模型中的下层架构。模型中的每一个元素都对应一个kobject.kset和ktype可以看成是kobject在层次结构与属性结构方面的扩充。将三者之间的关系用图的方示描述如下：

如上图所示：我们知道。在sysfs中每一个目录都对应一个kobject.这些kobject都有自己的parent。在没有指定parent的情况下，都会指向它所属的kset->object。其次，kset也内嵌了kobject.这个kobject又可以指它上一级的parent。就这样。构成了一个空间上面的层次关系。

其实，每个对象都有属性。例如

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说

金属热处理

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也

大型铸钢件的热处理炉

都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟

第1章 习题精选

一、名词解释

刚度、弹性极限、屈服强度、抗拉强度、冲击韧性、硬度、疲劳、金属键、晶体、晶格、晶胞、致密度、配位数、位错、晶界、合金、相、固溶体、金属化合物、玻璃相、单体、链节、陶瓷、玻璃相。

二、填空题

1.金属材料的强度是指在载荷作用下其抵抗（ ）或（ ）的能力。

2.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（ ）和（ ）三个阶段。

3.材料的工艺性能是指 ________ 性、________ 性、________ 性和________ 性。 4.表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是 ________ ，其单位是 ________ 。 5.工程材料的结合键有 ________、 ________、 ________、 ________ 四种。

6.体心立方晶格和面心立方晶格晶胞内的原子数分别为 ________ 和 ________ ，其致密度分别为 ________ 和 ________ 。 7.实际金属中存在有 ________、________ 和 ________ 三类缺陷。位错是 ________ 缺陷，晶界是 ________ 缺陷。金属的晶粒越小，晶界总面积就越 ________ ，金属的强度也越 ____

金属热处理

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也

大型铸钢件的热处理炉

都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟

热处理习题（思考题）

1. 从热力学和动力学角度，分析细晶组织对后续固态转变的影响。

2. 现有Al-5wt%Cu合金铸锭，一块添加了Al2O3粒子，另一块未添加。试从相变热力学和

动力学出发，（1）比较两种材料组织差异；（2）若该铸锭先经过高温保温后快冷，然后

加热至130℃长期保温，分析其组织又有何不同？提示：Al-5wt%Cu在室温的平衡相为（Al）+Al2Cu。

3. 试推导JM方程，并分析其适用范围。

4. 讨论均匀化退火工艺制订时如何考虑铸造工艺的关系。

5. 讨论第二相硬质点的尺寸、分布等对冷变形金属退火后的组织的影响。

6. 室温下一块高纯锡板被一粒玻璃弹子击穿，经长时间后，弹孔周围组织特征如何？

7. 有Au99.95%和Au-2Cu两种板材（状态未知），请结合热处理知识鉴别。

8. 有Al合金和Fe-0.3wt%C钢轧制板材，经金相检查发现晶粒很粗大。（1）有无适当工艺

使其晶粒细化？（2）若可以细化，采用何种工艺？为何？

9. 试分析时效型Al-Cu合金的冷变形对其随后固溶与时效过程的影响。

10. 7050合金在T6状态下可获得很高的强度，但冲击韧性和抗应力腐蚀能力差，该如何改

善？简单分析原理。

11. 试分析奥氏体

表面处理

一、氧化处理

金属的氧化处理是金属表面与氧或氧化剂作用而形成保护性的氧化膜，防止金属腐蚀。氧化方法有热氧化法、碱性氧化法、酸性氧化法（黑色金属）以及化学氧化法、阳极氧化法（有色金属）等。现分述如下：

1）热氧化法将金属制品加热到600℃～650℃，然后用热蒸汽和还原剂处理。还有一种方法是将金属制品浸渍在约300℃的熔融的碱金属盐中进行处理。 2）碱性氧化法处理时把零件浸渍在调配好的溶液中加热到135℃～155℃，处理时间的长短取决于零件中的碳含量的高低。金属零件经氧化处理后，再用60℃～80℃的含量为15g/L～20g/L肥皂水漂洗一下，时间为2min～5min，然后分别用冷水和热水冲洗干净并吹干或烘干5min～10min（温度为80℃～90℃）。 3）酸性氧化法即将零件置于酸性溶液中进行处理。与碱性氧化法比较，酸性氧化法较为经济，处理后金属表面所生成的保护膜，耐腐蚀性和机械强度均超过碱性氧化处理后所生成薄膜的性能，故应用广泛。

4）化学氧化法化学氧化方法主要适用于有色金属（如铝、铜、镁以及它们的合金）的氧化处理。处理方法是将零件放于配制好的溶液中，在一定的温度下经一定时间的氧化反应后，则形成了一层保护

金属热处理习题

一、填空

1 试写出下列材料的类别。（按用途分）与应用（举一例）。 20CrMnTi 属 —————— 钢（类别）； 可制作——————；

T10 属 45 属

——————

钢； 可制作——————；

——————

钢； 可制作——————；

钢； 可制作——————；

W18Cr4V 属

——————

2 化学热处理的基本过程是————————————、、————————————、————————————。 3 钢的淬透性主要取决于————————————，马氏体的硬度主要取决于————————————，钢的表层淬火，只能改变表层的————————————，而化学热处理既能改变表层的————————————，又能改变表层的————————————。

4 低碳钢为了便于切削，常预先进行————————————处理；高碳钢为了便于切削，常预先进

行————————————处理；

5 索氏体中的渗碳体是———————————形貌。回火索氏体中的渗碳体是———————————形貌。 6 纯Al的主要强化方法是——

热处理习题（思考题）

1. 从热力学和动力学角度，分析细晶组织对后续固态转变的影响。

2. 现有Al-5wt%Cu合金铸锭，一块添加了Al2O3粒子，另一块未添加。试从相变热力学和

动力学出发，（1）比较两种材料组织差异；（2）若该铸锭先经过高温保温后快冷，然后

加热至130℃长期保温，分析其组织又有何不同？提示：Al-5wt%Cu在室温的平衡相为（Al）+Al2Cu。

3. 试推导JM方程，并分析其适用范围。

4. 讨论均匀化退火工艺制订时如何考虑铸造工艺的关系。

5. 讨论第二相硬质点的尺寸、分布等对冷变形金属退火后的组织的影响。

6. 室温下一块高纯锡板被一粒玻璃弹子击穿，经长时间后，弹孔周围组织特征如何？

7. 有Au99.95%和Au-2Cu两种板材（状态未知），请结合热处理知识鉴别。

8. 有Al合金和Fe-0.3wt%C钢轧制板材，经金相检查发现晶粒很粗大。（1）有无适当工艺

使其晶粒细化？（2）若可以细化，采用何种工艺？为何？

9. 试分析时效型Al-Cu合金的冷变形对其随后固溶与时效过程的影响。

10. 7050合金在T6状态下可获得很高的强度，但冲击韧性和抗应力腐蚀能力差，该如何改

善？简单分析原理。

11. 试分析奥氏体