低溫金屬材料液氮低溫深冷處理

                          上海申弘閥門有限公司

      1. 概述我們選用的SLX系列程序控制深冷箱是由中國科學院理化技術研究所自行研制開發的自主知識產權定型深冷處理設備，為工件的不同降溫、升溫速率、深冷處理工藝的嚴格實施及低溫時效等提供了有力保障。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。可廣泛應用于機械工程、醫學研究、食品加工、遺傳工程、植物保存、畜牧等領域。SLX系列程序控制深冷箱以液氮為冷源，采用的液氮分散技術、雙向控溫技術和、加熱技術保證了處理工件的不同降溫、升溫速率及恒溫要求，為深冷處理工藝的嚴格實施及工件低溫時效等提供了有力保障。液氮傳輸管路采用超級真空絕熱，將液氮損耗降至低。經過多年的研制經驗積累，特別是在制造業的實際應用，證明了SLX系列程序控制深冷箱具有應用范圍廣、操作簡便、經久耐用等特點。SLX系列程序控制深冷箱順利通過ISO9001質量體系認證。經過近幾年來的不斷改進和完善，現已定型生產了三種形式SLX系列程序控制深冷箱共四十余種型號的產品，深冷箱單臺設備的處理能力從幾公斤至幾噸不等。高溫熱處理也許你并不陌生，因為我們的身邊充滿了經過熱處理后的材料和器具，就連我們吃的食物，為了得到我們所需要的色、香、味，也要經歷蒸、煮、烹、炸等熱處理加工工藝。但是，低溫冷處理你就不一定熟悉了。你可能不知道，你若把新的尼龍襪子（或其他尼龍織物和器具）放到電冰箱冷凍室里一天后再用，其耐用程度會成倍提高；你也許不知道，在美國不經過零下二十攝氏度以下的低溫冷凍處理后的鮮肉，直接上市是違反食品衛生法的。制冷技術的發展己使我們獲取低溫越來越方便，幾乎可以像獲取高溫一樣 簡便，這使低溫的應用正跳出原來狹小的科研范圍，像高溫的應用一樣日益成為我們日常生活中的科技常識。 
原理  
  低溫冷處理就是與高溫熱處理工藝所經歷的過程相反，讓材料再經過一個精心設計出來的低于室溫的冷處理工藝過程。這個過程雖不像熱處理那樣熱烈，但在溫度和外觀默默的變
化之中，材料的結構和性能也經歷了劇烈變化。  處理過程：

以液氮為制冷劑，在深冷箱中操作：

1.從常溫開始降溫，50分鐘后達-40度，保溫30分鐘。

2.從-40度開始降溫，25分鐘后達-80度，保溫30分鐘。

3．從-80度開始降溫，20分鐘后達-120度，保溫30分鐘。

4.從-120度開始降溫，20分鐘后達-160度，保溫60分鐘。

5.從-160度開始降溫，20分鐘后達-196度，保溫120分鐘。

深冷技術就是利用冷媒介質作為冷卻介質，將淬火后的金屬材料的冷卻過程繼續下去，達到遠低于室溫的某一溫度(-196℃)，從而達到發揮金屬材料性能的目的。深冷技術是近年來興起的一種發揮金屬工件性能的新工藝技術，是目前有效、的技術手段。 在深冷加工過程中，金屬中大量殘余奧體轉變為馬氏體，特別是過飽和的亞穩定馬氏體在從-196℃至室溫的過程中會降低過飽和度，析出彌散、尺寸僅為20～60A并與基體保持共格關系的超微細碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，微觀應力降低，而細小彌散的碳化物在材料塑性變形時可以阻礙位錯運動，從而強化基體組織。同時由于超微細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，而基體組織的細化既減弱了雜質元素在晶界的偏聚程度，又發揮了晶界強化作用，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。 深冷技術的改進效果不于工作表面,它滲入工件內部,體現的是整體效應,所以可對工件進行重磨,反復使用,而且對工件還有減少淬火應力和增強尺寸穩定性的作用。 有關深冷、超深冷處理析出更細小的彌散碳化物是指——在顯微鏡下看圖片：深冷、超深冷處理后馬氏板條尺寸明顯細小，表示原粗大的馬氏體板條在深冷、超深冷處理的過程中發生碎化，低碳馬氏體的碎化與深冷處理引起的馬氏體微分解有關。在深冷、超深冷處理過程中，馬氏在-190度低溫下，由于體積收縮Fe的晶格常數趨于縮小，而低溫下固溶度變小使馬氏體的過飽和度有所增加，亦使空位的平蘅濃度降低。這些都增加了碳原子析出偏聚的驅動力，但低溫下原子運動困難，擴散距離極短，馬氏體內過飽和碳原子往往偏聚于附近的錯位線上，在隨后的回溫過程中逐步形成超微細碳化物核心，脫落后使馬氏體發生微分解，內部亞單元尺寸變小：低碳馬氏體在淬火過程中會發生回火現象，碳原子有部分偏聚并以有微細的碳化物析出，但仍是碳在α-Fe中過飽和固溶體。深冷、超深冷處理促進碳原子更彌散偏聚，形成超微細碳化物核心使馬氏體分解，馬氏體內界面增多而碎化。在深冷、超深冷處理的溫度回升階段碳原子的擴散能力大大增加，而隨溫度回升空位平衡濃度也升高，從而更加快碳原子的擴散運動。自回火產生的微細碳化物促進碳化物的聚合長大，深冷、超深冷處理形成的超微細碳化物在回溫過程和室溫保持中逐步聚合長大。故深冷、超深冷處理后馬氏體內碳化物微粒的數量增多且尺寸較大。深冷處理的作用：可轉變殘奧，提高工件的硬度和耐磨性，穩定工件的尺寸。可析出超細碳化物，提高工件的耐磨性；可細化晶粒，提高工件的沖擊韌性。可成倍提高馬氏體不銹鋼的抗蝕性，提高工件的拋光性能。可改善有色金屬的導電能力和抗蝕性。可減少模具變形、開裂。提高工件的尺寸精度。附：深冷處理設備介紹

1、低溫冷處理可以大幅度降低金屬材料中的殘存奧氏體。 金屬材料在從高溫到室溫的降溫過程中，經歷奧氏體到馬氏體的結構轉變，這是一個伴有體積膨脹的過程，這種過程弛豫時間很長，常常需要數年的時間才能穩定，并且穩定后仍有相當比例的殘存奧氏體。這給金屬的精密加工帶來時間穩定性方面的問題，使一些緊密配合的金屬件經過一段時間后失效。事實上，低溫冷處理工藝正是在解決這個問題時被發現和發展起來的。經過液氮溫度（零下196攝氏度）的低溫處理后，可使一般金屬材料的殘存奧氏體含量降到百分之三以下，從而使尺寸的穩定性得以大幅度提高。

2、低溫冷處理可以使金屬基體組織上產生均勻、細微而彌散的碳化物析出。 
  殘存奧氏體的存在是相轉變遇挫停滯的結果，表現為熱處理工藝無法使其結構轉變進行*，是轉變動力嚴重不足的反映。實驗和理論均表明，這種轉變動力只能通過加大高、低溫相之間的相溫差來實現，室溫以下直到零度的溫度空間正是為提高相轉變動力留有的余地。這種轉變動力的提高與材料溫度的降低的共同作用，使金屬中的以填隙方式存在于微觀結構中的碳化物的地位產生了動搖而析出。熟悉滲碳工藝的人都知道，這種碳化物的析出現象，將會給金屬的耐磨損性能和摩擦性能帶來顯著的提高，硬度也會增加，并將直接提高磨損件的壽命。這種分析在實驗上得到證實。高速工具鋼經過液氮溫度的低溫處理后，耐磨性提高了三倍以上，摩擦系數降低了百分之二十以上，硬度提高了HRC 3へ5，導致使用壽命提高了1へ3倍。在其它材料的實驗上也獲得了使用壽命方面的類似結果，像合金鋼和聚晶金剛石等。 
低溫冷處理技術的*優點 
1、處理效果直接作用于處理件內部，不限于表面，是整體效應，從而使具重磨再用時，不會使處理效果失效。 
2、低溫處理對工件的形狀和尺寸起到穩定作用，這樣對那些尺寸要求嚴格的工件，預行低溫冷處理，可大幅度提高形狀和尺寸的穩定性，并有降低被處理件的淬火應力，提高強度和韌性的作用。 
應用范圍 
低溫冷處理技術的研究和發展，引起材料生產和機械加工行業的高度重視，正廣泛地應用于、量具、模具以及耐磨損件和精密零部件的加工處理。已在油泵的油嘴、柴油機噴嘴、飛機發動機的蝸輪軸、軋鋼機的輪軌、汽油機的缸桶和活塞環、機械齒輪和軸承、石油地質鉆頭、紡織掛鉤、以及機加行業的等眾多領域，取得很好的經濟效益。  

第二，可使金屬基體組織里產生均勻細微而彌散的炭化物析出。這兩方面的深刻變化使低溫冷處理技術具有*的特點。改性效果滲入處理工件的內部（整體效應），不僅局限于表面。所以對重磨再用時，不會使改性效果失效；對工件的形狀、尺寸不但不會引起變化，而且還有增強尺寸穩定性的作用。  
 

2. 主要技術指標2.1型號：SLX-1500II2.2開啟方式：臥式上開2.3箱內有效尺寸：4600mm×600 mm×600 mm2.4溫度范圍：室溫～-190℃2.5控制方式： 人工智能控制+計算機控制2.6降溫速率：0.1～10℃/min（任意設置）2.7溫度均勻度：±5℃，溫度平衡后0.5h2.8控溫精度：±2℃ ，溫度平衡后0.5h2.9箱外壁溫：≥5℃（箱內溫度為-150℃）2.10配電規格： 380V/50Hz

3．產品特點

3.1 箱體內部由不銹鋼制成，受力部件特別加固；

3.2保溫層為特制聚氨酯泡沫，有效阻隔箱體內外冷熱交換，通過特制調劑可以將熱導 率降到0.028W/(m·k)~0.05 W/(m·k)；

3.3箱體一端設有排氣閥；

3.4內置循環風扇和導流罩，可均勻分散注入液氮，確保冷凍室溫度的均一性；

3.5人性化的微機操作界面，方便用戶使用；

3.6配備電氣互鎖及報警裝置，確保使用安全；3.7電磁閥采用液氮低溫電磁閥；

3.8液氮傳輸管路采用高真空絕熱傳輸管路，將液氮損耗降至低；3.9深冷處理箱及傳輸管路在低溫下保持1小時后，測深冷箱外壁溫度≥5℃。

4. 安裝使用

4.1 固定將控制柜、深冷箱、液氮貯槽固定在廠房內合理的位置。

4.2電器連接

4.2.1安裝多層警示燈：打開控制柜，將多層警示燈固定在控制柜頂部右上方安裝孔內，將多層警示燈連接線穿過穿線孔，接入安裝孔下方紅色的接線端子，接線不分正負，安裝牢固；

4.2.2安裝液壓泵站：打開液壓泵站的包裝，將其固定在兩臺深冷箱中間的合適位置，按照提供的電器原理圖連接液壓泵站的控制線；

4.2.3安裝油管：按照提供的圖紙將油管連接到深冷箱油缸上；

4.2.4通訊線連接：將控制柜和計算機間的通訊線連接到相應接口上。

4.3 機械連接4.3.1深冷箱與控制柜連接從深冷箱中取出連接線，對照提供的接線圖分別接在控制柜和深冷箱上的相應接頭位置，連接緊固。4.3.2深冷箱與液氮貯槽連接按照圖紙將液氮傳輸管路從深冷箱進液端開始安裝，每段管道之間通過法蘭螺栓連接，一直將管路引至液氮貯槽排液口下方；管道與電磁閥、管道與液氮貯槽連接處采用不銹鋼鋼管連接。

4.4檢查

4.4.1合上控制柜右側斷路器開關給系統上電，檢查電器零部件工作是否正常；

4.4.2在深冷箱上啟動液壓泵站，檢查泵站電機轉向；

4.4.3啟動開門按鈕，檢查液壓系統工作是否正常；

4.4.4按照控制柜工作狀態指示，把系統狀態調到狀態五，使A、B深冷箱同時啟動，檢查兩箱的電機轉向；

4.4.5分別設定兩臺控溫儀表的低溫報警參數，使系統報警，檢查報警是否正常；

4.4.6如以上安裝、檢查工作一切正常，設備可以使用。

4.5 使用

4.5.1控制柜送電4.5.1.1合上控制柜總電源閘刀；

4.5.1.2合上深冷箱控制柜右側閘刀開關，控制箱上電；

4.5.1.3上電后狀態：l 各儀表顯示正常；l 電流表讀數為0；l 電壓表讀數為380V；l 狀態一、二、三、四、五黃色指示燈滅；l 報警燈滅，無報警；l 控制柜下方流程圖中指示燈顯示深冷箱四個氣體閥V1、V2、V3、V4的開關狀態，綠燈亮則閥開，紅燈亮（或閥上紅燈亮）則閥關；

4.5.2裝卸工件4.5.2.1待控制柜上電后，在需要裝入工件的A箱（或B箱）上，按油泵啟動按鈕；

4.5.2.2切記，解開箱蓋上箱蓋扣；

4.5.2.3油泵啟動后，按開門按鈕，箱門緩緩開啟；注意：開門時一定要緩慢，即剛開始和快結束都要進行點動按鈕。以防開門過猛對油缸和箱體造成沖擊損壞。

4.5.2.4吊工件進箱，放穩在支架上；注意：吊放工件時要注意，輕拿輕放，尤其在箱體內不能左右搖晃或滾動，必要時要手扶穩，以防撞擊箱壁。

4.5.2.5工件放好后，按關門按鈕，箱門緩緩關閉，切忌用力過猛；

4.5.2.6按油泵停止按鈕，關閉油泵電機；

4.5.2.7扣上箱蓋蓋扣。

4.5.3選擇使用狀態

4.5.3.1參照流程圖右上角標注選擇要操作的狀態，按下選擇的狀態按鈕；如按下 狀態一按鈕，狀態一指示燈亮；

4.5.3.2根據選擇的狀態，參照下圖操作氣體閥V1、V2、V3、V4；注意：旋轉氣體閥手柄時，要緩緩旋轉，同時要觀察手柄下兩個指示燈；綠燈亮表示閥開到位，紅燈亮表示閥關到位，只要燈亮即可停止旋轉。注意：廠房內東側箱為A箱；西側箱為B箱

4.5.3.3待調好使用狀態后，所選工作箱的電機開始啟動，如果不啟動，則說明狀態有誤，請詳細檢查。V1V2V3V4狀態指示狀態解釋狀態一關關開開狀態一指示燈亮A箱工作，B箱預冷狀態二關開關關狀態二指示燈亮A箱工作，B箱停止狀態三開開關關狀態三指示燈亮B箱工作，A相預冷狀態四關關關開狀態四指示燈亮B箱工作，A箱停止狀態五關開關開狀態五指示燈亮A箱工作，B箱工作

4.5.4液氮貯槽使用

4.5.4.1詳細閱讀液氮貯槽使用說明書；

4.5.4.2檢查液氮貯槽液位計液位，如液氮不足要及時充裝；

4.5.4.3檢查液氮貯槽壓力表壓力；

4.5.4.4如果壓力在0.4Mpa和0.8Mpa之間，則說明壓力許可，如果小于0.4則要打開增壓閥，讓液氮罐增壓，到0.8Mpa時關閉增壓閥；

4.5.4.5當壓力達到要求后，打開輸液管和液氮貯槽連接處的進液閥；注意：液氮貯槽其他閥門未經允許切勿輕易轉動，尤其是和安全閥聯通的閥門。

4.5.5工藝運行根據實際情況選擇計算機控制或智能儀表控制，設定工藝曲線，運行程序。具體工藝設定方法見第5章與第6章。

4.5.6工藝結束4.5.6.1當設定工藝運行結束后，設備會自動停止運行；

4.5.6.2結束后，可隨時開箱取出工件；

4.5.6.3關畢設備l 關閉液氮罐進液閥、關閉增壓閥、保持氣體通過閥打開；

l 關閉液氮罐進液閥后，打開電磁閥把管道中氣體排干凈，防止管道中壓力過高；

l 關閉箱蓋，停止油泵；

l 深冷處理結束后，要將箱體內水擦干，箱體保持干凈整潔；

l 關閉控制柜電源。

4.6設備保養維護

4.6.1箱體內保持干凈整潔；

4.6.2保持油泵及電機干凈整潔，保持油泵油量充足；

4.6.3設備如長時間不用，控制柜應1周次進行通電，檢查各部件狀況；

4.6.4在使用和保養過程中，要注意保護密封棉完整，防止損壞使深冷箱泄露。相關介紹： 上海申弘閥門有限公司是一家致力于閥門科研、設計、制造、銷售為一體的生產廠家。公司通過ISO9001,API 和CE質量體系認證，產品嚴格執行ANSI、BS、DIN、JB、API、JIS、GB等標標準.公稱壓力:PN2.0~42MPa,150LB~2500LB,公稱通徑:DN15~800mm,1/2”~32”,主要生產材料為WCB、A105、LCB、WC6、WC9、F11、F22、CF8、CF8M、CF3、CF3M等的各類閘閥、截止閥、止回閥、球閥等產品.與本文相關的論文有：五陽煤礦應用閥門案例