低温金属材料液氮低温深冷处理

                           低温金属材料液氮低温深冷处理

                          上海申弘阀门有限公司

      1. 概述我们选用的SLX系列程序控制深冷箱是由中国科学院理化技术研究所自行研制开发的自主知识产权定型深冷处理设备，为工件的不同降温、升温速率、深冷处理工艺的严格实施及低温时效等提供了有力保障。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀,蒸汽减压阀,先导式减压阀,空气减压阀,氮气减压阀,水用减压阀,自力式减压阀,比例减压阀)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。可广泛应用于机械工程、医学研究、食品加工、遗传工程、植物保存、畜牧等领域。SLX系列程序控制深冷箱以液氮为冷源，采用的液氮分散技术、双向控温技术和、加热技术保证了处理工件的不同降温、升温速率及恒温要求，为深冷处理工艺的严格实施及工件低温时效等提供了有力保障。液氮传输管路采用超级真空绝热，将液氮损耗降至低。经过多年的研制经验积累，特别是在制造业的实际应用，证明了SLX系列程序控制深冷箱具有应用范围广、操作简便、经久耐用等特点。SLX系列程序控制深冷箱顺利通过ISO9001质量体系认证。经过近几年来的不断改进和完善，现已定型生产了三种形式SLX系列程序控制深冷箱共四十余种型号的产品，深冷箱单台设备的处理能力从几公斤至几吨不等。高温热处理也许你并不陌生，因为我们的身边充满了经过热处理后的材料和器具，就连我们吃的食物，为了得到我们所需要的色、香、味，也要经历蒸、煮、烹、炸等热处理加工工艺。但是，低温冷处理你就不一定熟悉了。你可能不知道，你若把新的尼龙袜子（或其他尼龙织物和器具）放到电冰箱冷冻室里一天后再用，其耐用程度会成倍提高；你也许不知道，在美国不经过零下二十摄氏度以下的低温冷冻处理后的鲜肉，直接上市是违反食品卫生法的。制冷技术的发展己使我们获取低温越来越方便，几乎可以像获取高温一样 简便，这使低温的应用正跳出原来狭小的科研范围，像高温的应用一样日益成为我们日常生活中的科技常识。 
原理  
  低温冷处理就是与高温热处理工艺所经历的过程相反，让材料再经过一个精心设计出来的低于室温的冷处理工艺过程。这个过程虽不像热处理那样热烈，但在温度和外观默默的变
化之中，材料的结构和性能也经历了剧烈变化。  处理过程：

以液氮为制冷剂，在深冷箱中操作：

1.从常温开始降温，50分钟后达-40度，保温30分钟。

2.从-40度开始降温，25分钟后达-80度，保温30分钟。

3．从-80度开始降温，20分钟后达-120度，保温30分钟。

4.从-120度开始降温，20分钟后达-160度，保温60分钟。

5.从-160度开始降温，20分钟后达-196度，保温120分钟。

深冷技术就是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度(-196℃)，从而达到发挥金属材料性能的目的。深冷技术是近年来兴起的一种发挥金属工件性能的新工艺技术，是目前有效、的技术手段。 在深冷加工过程中，金属中大量残余奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温的过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20～60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体组织。同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，而基体组织的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧性和耐磨性都显著提高。 深冷技术的改进效果不于工作表面,它渗入工件内部,体现的是整体效应,所以可对工件进行重磨,反复使用,而且对工件还有减少淬火应力和增强尺寸稳定性的作用。 有关深冷、超深冷处理析出更细小的弥散碳化物是指——在显微镜下看图片：深冷、超深冷处理后马氏板条尺寸明显细小，表示原粗大的马氏体板条在深冷、超深冷处理的过程中发生碎化，低碳马氏体的碎化与深冷处理引起的马氏体微分解有关。在深冷、超深冷处理过程中，马氏在-190度低温下，由于体积收缩Fe的晶格常数趋于缩小，而低温下固溶度变小使马氏体的过饱和度有所增加，亦使空位的平蘅浓度降低。这些都增加了碳原子析出偏聚的驱动力，但低温下原子运动困难，扩散距离极短，马氏体内过饱和碳原子往往偏聚于附近的错位线上，在随后的回温过程中逐步形成超微细碳化物核心，脱落后使马氏体发生微分解，内部亚单元尺寸变小：低碳马氏体在淬火过程中会发生回火现象，碳原子有部分偏聚并以有微细的碳化物析出，但仍是碳在α-Fe中过饱和固溶体。深冷、超深冷处理促进碳原子更弥散偏聚，形成超微细碳化物核心使马氏体分解，马氏体内界面增多而碎化。在深冷、超深冷处理的温度回升阶段碳原子的扩散能力大大增加，而随温度回升空位平衡浓度也升高，从而更加快碳原子的扩散运动。自回火产生的微细碳化物促进碳化物的聚合长大，深冷、超深冷处理形成的超微细碳化物在回温过程和室温保持中逐步聚合长大。故深冷、超深冷处理后马氏体内碳化物微粒的数量增多且尺寸较大。深冷处理的作用：可转变残奥，提高工件的硬度和耐磨性，稳定工件的尺寸。可析出超细碳化物，提高工件的耐磨性；可细化晶粒，提高工件的冲击韧性。可成倍提高马氏体不锈钢的抗蚀性，提高工件的抛光性能。可改善有色金属的导电能力和抗蚀性。可减少模具变形、开裂。提高工件的尺寸精度。附：深冷处理设备介绍

1、低温冷处理可以大幅度降低金属材料中的残存奥氏体。 金属材料在从高温到室温的降温过程中，经历奥氏体到马氏体的结构转变，这是一个伴有体积膨胀的过程，这种过程弛豫时间很长，常常需要数年的时间才能稳定，并且稳定后仍有相当比例的残存奥氏体。这给金属的精密加工带来时间稳定性方面的问题，使一些紧密配合的金属件经过一段时间后失效。事实上，低温冷处理工艺正是在解决这个问题时被发现和发展起来的。经过液氮温度（零下196摄氏度）的低温处理后，可使一般金属材料的残存奥氏体含量降到百分之三以下，从而使尺寸的稳定性得以大幅度提高。

2、低温冷处理可以使金属基体组织上产生均匀、细微而弥散的碳化物析出。 
  残存奥氏体的存在是相转变遇挫停滞的结果，表现为热处理工艺无法使其结构转变进行*，是转变动力严重不足的反映。实验和理论均表明，这种转变动力只能通过加大高、低温相之间的相温差来实现，室温以下直到零度的温度空间正是为提高相转变动力留有的余地。这种转变动力的提高与材料温度的降低的共同作用，使金属中的以填隙方式存在于微观结构中的碳化物的地位产生了动摇而析出。熟悉渗碳工艺的人都知道，这种碳化物的析出现象，将会给金属的耐磨损性能和摩擦性能带来显著的提高，硬度也会增加，并将直接提高磨损件的寿命。这种分析在实验上得到证实。高速工具钢经过液氮温度的低温处理后，耐磨性提高了三倍以上，摩擦系数降低了百分之二十以上，硬度提高了HRC 3へ5，导致使用寿命提高了1へ3倍。在其它材料的实验上也获得了使用寿命方面的类似结果，像合金钢和聚晶金刚石等。 
低温冷处理技术的*优点 
1、处理效果直接作用于处理件内部，不限于表面，是整体效应，从而使具重磨再用时，不会使处理效果失效。 
2、低温处理对工件的形状和尺寸起到稳定作用，这样对那些尺寸要求严格的工件，预行低温冷处理，可大幅度提高形状和尺寸的稳定性，并有降低被处理件的淬火应力，提高强度和韧性的作用。 
应用范围 
低温冷处理技术的研究和发展，引起材料生产和机械加工行业的高度重视，正广泛地应用于、量具、模具以及耐磨损件和精密零部件的加工处理。已在油泵的油嘴、柴油机喷嘴、飞机发动机的蜗轮轴、轧钢机的轮轨、汽油机的缸桶和活塞环、机械齿轮和轴承、石油地质钻头、纺织挂钩、以及机加行业的等众多领域，取得很好的经济效益。  

第二，可使金属基体组织里产生均匀细微而弥散的炭化物析出。这两方面的深刻变化使低温冷处理技术具有*的特点。改性效果渗入处理工件的内部（整体效应），不仅局限于表面。所以对重磨再用时，不会使改性效果失效；对工件的形状、尺寸不但不会引起变化，而且还有增强尺寸稳定性的作用。  
 

2. 主要技术指标2.1型号：SLX-1500II2.2开启方式：卧式上开2.3箱内有效尺寸：4600mm×600 mm×600 mm2.4温度范围：室温～-190℃2.5控制方式： 人工智能控制+计算机控制2.6降温速率：0.1～10℃/min（任意设置）2.7温度均匀度：±5℃，温度平衡后0.5h2.8控温精度：±2℃ ，温度平衡后0.5h2.9箱外壁温：≥5℃（箱内温度为-150℃）2.10配电规格： 380V/50Hz

3．产品特点

3.1 箱体内部由不锈钢制成，受力部件特别加固；

3.2保温层为特制聚氨酯泡沫，有效阻隔箱体内外冷热交换，通过特制调剂可以将热导 率降到0.028W/(m·k)~0.05 W/(m·k)；

3.3箱体一端设有排气阀；

3.4内置循环风扇和导流罩，可均匀分散注入液氮，确保冷冻室温度的均一性；

3.5人性化的微机操作界面，方便用户使用；

3.6配备电气互锁及报警装置，确保使用安全；3.7电磁阀采用液氮低温电磁阀；

3.8液氮传输管路采用高真空绝热传输管路，将液氮损耗降至低；3.9深冷处理箱及传输管路在低温下保持1小时后，测深冷箱外壁温度≥5℃。

4. 安装使用

4.1 固定将控制柜、深冷箱、液氮贮槽固定在厂房内合理的位置。

4.2电器连接

4.2.1安装多层警示灯：打开控制柜，将多层警示灯固定在控制柜顶部右上方安装孔内，将多层警示灯连接线穿过穿线孔，接入安装孔下方红色的接线端子，接线不分正负，安装牢固；

4.2.2安装液压泵站：打开液压泵站的包装，将其固定在两台深冷箱中间的合适位置，按照提供的电器原理图连接液压泵站的控制线；

4.2.3安装油管：按照提供的图纸将油管连接到深冷箱油缸上；

4.2.4通讯线连接：将控制柜和计算机间的通讯线连接到相应接口上。

4.3 机械连接4.3.1深冷箱与控制柜连接从深冷箱中取出连接线，对照提供的接线图分别接在控制柜和深冷箱上的相应接头位置，连接紧固。4.3.2深冷箱与液氮贮槽连接按照图纸将液氮传输管路从深冷箱进液端开始安装，每段管道之间通过法兰螺栓连接，一直将管路引至液氮贮槽排液口下方；管道与电磁阀、管道与液氮贮槽连接处采用不锈钢钢管连接。

4.4检查

4.4.1合上控制柜右侧断路器开关给系统上电，检查电器零部件工作是否正常；

4.4.2在深冷箱上启动液压泵站，检查泵站电机转向；

4.4.3启动开门按钮，检查液压系统工作是否正常；

4.4.4按照控制柜工作状态指示，把系统状态调到状态五，使A、B深冷箱同时启动，检查两箱的电机转向；

4.4.5分别设定两台控温仪表的低温报警参数，使系统报警，检查报警是否正常；

4.4.6如以上安装、检查工作一切正常，设备可以使用。

4.5 使用

4.5.1控制柜送电4.5.1.1合上控制柜总电源闸刀；

4.5.1.2合上深冷箱控制柜右侧闸刀开关，控制箱上电；

4.5.1.3上电后状态：l 各仪表显示正常；l 电流表读数为0；l 电压表读数为380V；l 状态一、二、三、四、五黄色指示灯灭；l 报警灯灭，无报警；l 控制柜下方流程图中指示灯显示深冷箱四个气体阀V1、V2、V3、V4的开关状态，绿灯亮则阀开，红灯亮（或阀上红灯亮）则阀关；

4.5.2装卸工件4.5.2.1待控制柜上电后，在需要装入工件的A箱（或B箱）上，按油泵启动按钮；

4.5.2.2切记，解开箱盖上箱盖扣；

4.5.2.3油泵启动后，按开门按钮，箱门缓缓开启；注意：开门时一定要缓慢，即刚开始和快结束都要进行点动按钮。以防开门过猛对油缸和箱体造成冲击损坏。

4.5.2.4吊工件进箱，放稳在支架上；注意：吊放工件时要注意，轻拿轻放，尤其在箱体内不能左右摇晃或滚动，必要时要手扶稳，以防撞击箱壁。

4.5.2.5工件放好后，按关门按钮，箱门缓缓关闭，切忌用力过猛；

4.5.2.6按油泵停止按钮，关闭油泵电机；

4.5.2.7扣上箱盖盖扣。

4.5.3选择使用状态

4.5.3.1参照流程图右上角标注选择要操作的状态，按下选择的状态按钮；如按下 状态一按钮，状态一指示灯亮；

4.5.3.2根据选择的状态，参照下图操作气体阀V1、V2、V3、V4；注意：旋转气体阀手柄时，要缓缓旋转，同时要观察手柄下两个指示灯；绿灯亮表示阀开到位，红灯亮表示阀关到位，只要灯亮即可停止旋转。注意：厂房内东侧箱为A箱；西侧箱为B箱

4.5.3.3待调好使用状态后，所选工作箱的电机开始启动，如果不启动，则说明状态有误，请详细检查。V1V2V3V4状态指示状态解释状态一关关开开状态一指示灯亮A箱工作，B箱预冷状态二关开关关状态二指示灯亮A箱工作，B箱停止状态三开开关关状态三指示灯亮B箱工作，A相预冷状态四关关关开状态四指示灯亮B箱工作，A箱停止状态五关开关开状态五指示灯亮A箱工作，B箱工作

4.5.4液氮贮槽使用

4.5.4.1详细阅读液氮贮槽使用说明书；

4.5.4.2检查液氮贮槽液位计液位，如液氮不足要及时充装；

4.5.4.3检查液氮贮槽压力表压力；

4.5.4.4如果压力在0.4Mpa和0.8Mpa之间，则说明压力许可，如果小于0.4则要打开增压阀，让液氮罐增压，到0.8Mpa时关闭增压阀；

4.5.4.5当压力达到要求后，打开输液管和液氮贮槽连接处的进液阀；注意：液氮贮槽其他阀门未经允许切勿轻易转动，尤其是和安全阀联通的阀门。

4.5.5工艺运行根据实际情况选择计算机控制或智能仪表控制，设定工艺曲线，运行程序。具体工艺设定方法见第5章与第6章。

4.5.6工艺结束4.5.6.1当设定工艺运行结束后，设备会自动停止运行；

4.5.6.2结束后，可随时开箱取出工件；

4.5.6.3关毕设备l 关闭液氮罐进液阀、关闭增压阀、保持气体通过阀打开；

l 关闭液氮罐进液阀后，打开电磁阀把管道中气体排干净，防止管道中压力过高；

l 关闭箱盖，停止油泵；

l 深冷处理结束后，要将箱体内水擦干，箱体保持干净整洁；

l 关闭控制柜电源。

4.6设备保养维护

4.6.1箱体内保持干净整洁；

4.6.2保持油泵及电机干净整洁，保持油泵油量充足；

4.6.3设备如长时间不用，控制柜应1周次进行通电，检查各部件状况；

4.6.4在使用和保养过程中，要注意保护密封棉完整，防止损坏使深冷箱泄露。相关介绍： 上海申弘阀门有限公司是一家致力于阀门科研、设计、制造、销售为一体的生产厂家。公司通过ISO9001,API 和CE质量体系认证，产品严格执行ANSI、BS、DIN、JB、API、JIS、GB等标标准.公称压力:PN2.0~42MPa,150LB~2500LB,公称通径:DN15~800mm,1/2”~32”,主要生产材料为WCB、A105、LCB、WC6、WC9、F11、F22、CF8、CF8M、CF3、CF3M等的各类闸阀、截止阀、止回阀、球阀等产品.与本文相关的论文有：五阳煤矿应用阀门案例