【摘 要】本文介紹了通過深冷處理提高金屬材料尺寸穩(wěn)定性的方法，對GCr15、38CrMoAl鋼、鋁合金2A11以及球墨鑄鐵進行了試驗研究，對比了尺寸穩(wěn)定性改善效果，分析了材料深冷處理提高尺寸穩(wěn)定性的機理，其中殘留奧氏體轉(zhuǎn)變和殘余應力的釋放是提高尺寸穩(wěn)定性的主要機理。

　　【作 者】張紅;顧開選;郭嘉;崔晨;王俊杰      【期刊名稱】《金屬加工：熱加工》

　　材料尺寸穩(wěn)定性是指材料在受力、熱、磁或其他外界條件作用下，其形狀、尺寸不發(fā)生變化的性能。目前在精密加工領(lǐng)域，某些經(jīng)過熱處理后的關(guān)鍵零部件在機械加工后工件尺寸精度發(fā)生變化，不能滿足技術(shù)要求;或經(jīng)機械加工后放置一定時間，裝配時發(fā)現(xiàn)尺寸超差從而影響裝配等，給生產(chǎn)帶來一定的影響，諸如合金鋼、模具常鋼、鋁合金等結(jié)構(gòu)件普遍存在此現(xiàn)象。提高材料尺寸穩(wěn)定性處理的方法一般有機械法(包括拉伸或壓縮法、振動時效法和脈動法)、熱處理法(包括恒溫時效法、熱時效法、反淬火法、形變熱處理法等)以及磁場處理法等，各種方法的效果不盡相同。

　　深冷處理是20世紀60年代發(fā)展起來的一種材料處理新技術(shù)，它是傳統(tǒng)熱處理的補充。一般把材料經(jīng)過常規(guī)熱處理后進一步冷卻到攝氏零度以下某一溫度(通常為0～-100℃)的處理方法稱為普通冷處理;而把低于-100℃以下(通常為0～-100℃)的處理方法稱為普通冷處理;而把低于-100℃以下(通常為-100～-196℃)的冷處理叫做深冷處理。本文對GCr15、38CrMoAl鋼、鋁合金2A11以及球墨鑄鐵材料的深冷處理尺寸穩(wěn)定化效果進行試驗研究，并對其機理進行分析。

　　1. 深冷處理提高尺寸穩(wěn)定性研究

　　(1)試驗方法 早在50年代后半期在國外就開始應用深冷處理與熱處理相結(jié)合的方法來改善金屬材料及構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性，并取得了良好的效果。尺寸穩(wěn)定性的評價目前大多采用測量棒狀試樣尺寸隨時間變化的評價方法，該法可以直觀地反映材料的尺寸穩(wěn)定性，但其評定指標為μm/m·a，測試周期較長，不適用于實驗室的直觀檢測。本文采用圓環(huán)開口法檢測不同材料不同工藝處理后的開口尺寸變化率，以此來評價材料的尺寸穩(wěn)定性。

深冷處理工藝采用德捷力深冷處理箱

　　(2)提高鋼鐵材料的尺寸穩(wěn)定性 GCr15、38CrMoAl是機床軸類零件常用材料，在實際使用過程中變形嚴重，從而影響機床的加工精度。

　　將上述材料分別進行不同的熱處理及深冷處理工藝后，GCr15鋼經(jīng)過普通熱處理后的圓環(huán)開口尺寸變化率較大，隨著試樣放置時間的延長，開口尺寸的變化率也在不斷變化，大約在4個月后趨于穩(wěn)定。增加深冷處理工藝后，鋼的尺寸變化率明顯降低，尺寸變化率大約在1個月后保持穩(wěn)定，不再隨時間改變。38CrMoAl鋼增加深冷處理工藝后，鋼的尺寸變化率明顯減小，尺寸波動較為穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定性提高。

　　(3)提高鋁合金的尺寸穩(wěn)定性 鋁合金應用較為廣泛，對其結(jié)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性要求較高，尤其是對于一些大型結(jié)構(gòu)件或薄壁零件來說，其加工過程中產(chǎn)生的殘余應力使得結(jié)構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定，難以達到設計要求。

　　對鋁合金2A11進行了深冷處理的工藝對比，通過增加深冷處理工藝后，鋁合金的尺寸變化率由未深冷的6.2%降低到深冷后的4.3%。隨著深冷處理技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁合金的深冷處理尺寸穩(wěn)定化已經(jīng)得到了初步應用。

　　(4)提高鑄鐵材料的尺寸穩(wěn)定性。在小型制冷活塞式壓縮機中，關(guān)鍵部件曲軸連桿的尺寸穩(wěn)定性對壓縮機的使用性能具有重要的意義。對曲軸鑄鐵材料進行深冷處理，深冷處理后尺寸變化量明顯減小，同時深冷處理后尺寸的變化波動較為穩(wěn)定，因此深冷處理有效改善了曲軸鑄鐵材料的尺寸穩(wěn)定性。

　　3.結(jié)語

　　本文介紹了幾種不同類型材料的深冷處理尺寸穩(wěn)定化效果，同時，對深冷處理機理進行了分析。深冷處理能夠有效改善GCr15、38CrMoAl的尺寸穩(wěn)定性，同時還能有效改善鋁合金和鑄鐵的尺寸穩(wěn)定性，并得到了一定的應用。深冷處理改善材料尺寸穩(wěn)定性的機理主要是殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變和殘余應力的釋放兩個方面。

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