采用-196℃液氮深冷處理可使組織發(fā)生明顯變化，有效促使殘留奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變及超細(xì)碳化物的析出，使模具獲得較佳的綜合力學(xué)性能，深冷處理后高速鋼模具的使用壽命較常規(guī)熱處理提高三倍以上，具有十分重要的使用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 高速鋼 ，模具 ，殘留奧氏體，超細(xì)碳化物 ，使用壽命。
一、深冷處理法原理及工藝過程
（1）深冷處理后的組織轉(zhuǎn)變。
經(jīng)深冷處理的淬火高速鋼不但引起了奧氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)也引起了馬氏體轉(zhuǎn)變。過去幾十年來強(qiáng)調(diào)的是殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體分解這一新發(fā)現(xiàn)可以看作近年來高速鋼深冷處理研究的新進(jìn)展。
一般認(rèn)為鋼中殘留較多的奧氏體是有害的，會(huì)降低鋼的硬度、耐磨性及使用壽命，還使許多物理性能特別是熱性能和磁性下降。試驗(yàn)證明：采用深冷處理可使鋼中殘留奧氏體降至極限，由表可以看出W18Cr4V高速鋼經(jīng)淬火、回火后，深冷處理可以使回火后的殘留奧氏體量降低24%。
不同處理工藝對(duì)W18Cr4V鋼殘留奧氏體的影響（體積百分?jǐn)?shù)%）
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熱處理工藝 |
殘留奧氏體AR |
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1280℃淬火+500℃×1h×3次回火 |
10 |
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-196℃深冷處理 |
7.6 |
前蘇聯(lián)列寧格勒工業(yè)大學(xué)研究了-196℃液氮中15min的深冷處理對(duì)高速鋼轉(zhuǎn)變的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，-70℃――-75℃到-130℃―― -140℃范圍內(nèi)進(jìn)行深冷處理時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)冷卻到-196℃時(shí)轉(zhuǎn)變停滯。在-90℃――-120℃溫度范圍內(nèi)，出現(xiàn)試樣容積的見效，這證明馬氏體已部分分解并在位錯(cuò)面上析出了碳原子和形成了超顯微碳化物?？梢?，深冷處理使高速鋼析出碳化物的顆粒明顯增多，且彌散均勻，W18Cr4V鋼經(jīng)深冷處理后碳化物顆粒約增加8%，W6Mo5Cr4V2鋼析出的碳化物顆粒約增加76%，基體組織亦明顯細(xì)化。
（2）深冷處理對(duì)高速鋼性能的影響。
深冷處理過程中，大量的殘留奧氏體轉(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小，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)碳化物顆析出，均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界催化作用，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，從而改善了高速鋼的性能，使硬度、沖擊韌性和耐磨性都顯著提高。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由60HRC提高至62-63HRC，模具耐磨性增加30%―40%。
（3）高速鋼模具深冷處理工藝過程。
為防止高速鋼模具（特別是形狀復(fù)雜的模具）在深冷處理中發(fā)生斷裂和變脆，建議淬火后的高速鋼模具在560℃回火1h再進(jìn)行液氮深冷處理，然后在400℃進(jìn)行回火30-60min，這種熱處理工藝不但可以防止模具斷裂和脆化，而且可以提高模具壽命1.5―2倍。
高速鋼模具深冷處理工藝過程為：模具除油垢→放入保溫罐中→少量多次注入液氮→保溫4h→取出模具→400℃回火45min。
二、高速鋼模具深冷處理應(yīng)用實(shí)例。
（1）凸模：汽車廠的高速鋼凸模，未經(jīng)深冷處理時(shí)只能使用10萬次，而采用液氮經(jīng)-196℃×4h深冷處理后再400回火，使用壽命提高到130萬次。
（2）沖壓凹模：生產(chǎn)使用結(jié)果表明，深冷處理后產(chǎn)量提高二倍多。
（3）硅鋼片冷沖模：為降低模具深冷處理后的脆性和內(nèi)應(yīng)力，將深冷處理與中溫回火相配合，可改善模具抗破壞性及其它綜合性能，模具的刃磨壽命提高3倍以上，穩(wěn)定在5―7萬沖次。
