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(xué)院理化技術(shù)研究所自行研制開發(fā)的自主知識產(chǎn)權(quán)定型深冷處理設(shè)備，為工件的不同降溫、升溫速率、深冷處理工藝的嚴(yán)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(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p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(diào)節(jié)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(yīng)用于機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)研究、食品加工、遺傳工程、植物保存、畜牧等領(lǐng)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(shù)、雙向控溫技術(shù)和、加熱技術(shù)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(yán)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(jīng)過多年的研制經(jīng)驗積累，特別是在制造業(yè)的實際應(yīng)用，證明了SLX系列程序控制深冷箱具有應(yīng)用范圍廣、操作簡便、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)。SLX系列程序控制深冷箱順利通過ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。經(jīng)過近幾年來的不斷改進(jìn)和完善，現(xiàn)已定型生產(chǎn)了三種形式SLX系列程序控制深冷箱共四十余種型號的產(chǎn)品，深冷箱單臺設(shè)備的處理能力從幾公斤至幾噸不等。高溫?zé)崽幚硪苍S你并不陌生，因為我們的身邊充滿了經(jīng)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(jīng)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(jīng)過零下二十?dāng)z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(wèi)生法的。制冷技術(shù)的發(fā)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(yīng)用正跳出原來狹小的科研范圍，像高溫的應(yīng)用一樣日益成為我們?nèi)粘Ｉ钪械目萍汲ＷR。 
原理  
  低溫冷處理就是與高溫?zé)崽幚砉に囁?jīng)歷的過程相反，讓材料再經(jīng)過一個精心設(shè)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(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)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(dá)-40度，保溫30分鐘。

2.從-40度開始降溫，25分鐘后達(dá)-80度，保溫30分鐘。

3．從-80度開始降溫，20分鐘后達(dá)-120度，保溫30分鐘。

4.從-120度開始降溫，20分鐘后達(dá)-160度，保溫60分鐘。

5.從-160度開始降溫，20分鐘后達(dá)-196度，保溫120分鐘。

深冷技術(shù)就是利用冷媒介質(zhì)作為冷卻介質(zhì)，將淬火后的金屬材料的冷卻過程繼續(xù)下去，達(dá)到遠(yuǎn)低于室溫的某一溫度(-196℃)，從而達(dá)到發(fā)揮金屬材料性能的目的。深冷技術(shù)是近年來興起的一種發(fā)揮金屬工件性能的新工藝技術(shù)，是目前有效、的技術(shù)手段。 在深冷加工過程中，金屬中大量殘余奧體轉(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(guān)系的超微細(xì)碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減少，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可以阻礙位錯運(yùn)動，從而強(qiáng)化基體組織。同時由于超微細(xì)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(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(shù)的改進(jìn)效果不于工作表面,它滲入工件內(nèi)部,體現(xiàn)的是整體效應(yīng),所以可對工件進(jìn)行重磨,反復(fù)使用,而且對工件還有減少淬火應(yīng)力和增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性的作用。 有關(guān)深冷、超深冷處理析出更細(xì)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(xì)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(fā)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(guān)。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(shù)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(qū)動力，但低溫下原子運(yùn)動困難，擴(kuò)散距離極短，馬氏體內(nèi)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(xì)碳化物核心，脫落后使馬氏體發(fā)生微分解，內(nèi)部亞單元尺寸變小：低碳馬氏體在淬火過程中會發(fā)生回火現(xiàn)象，碳原子有部分偏聚并以有微細(xì)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(jìn)碳原子更彌散偏聚，形成超微細(xì)碳化物核心使馬氏體分解，馬氏體內(nèi)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(kuò)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(kuò)散運(yùn)動。自回火產(chǎn)生的微細(xì)碳化物促進(jìn)碳化物的聚合長大，深冷、超深冷處理形成的超微細(xì)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(nèi)碳化物微粒的數(shù)量增多且尺寸較大。深冷處理的作用：可轉(zhuǎn)變殘奧，提高工件的硬度和耐磨性，穩(wěn)定工件的尺寸。可析出超細(xì)碳化物，提高工件的耐磨性；可細(xì)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?？筛纳朴猩饘俚膶?dǎo)電能力和抗蝕性?？蓽p少模具變形、開裂。提高工件的尺寸精度。附：深冷處理設(shè)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(jīng)歷奧氏體到馬氏體的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(shù)年的時間才能穩(wěn)定，并且穩(wěn)定后仍有相當(dāng)比例的殘存奧氏體。這給金屬的精密加工帶來時間穩(wěn)定性方面的問題，使一些緊密配合的金屬件經(jīng)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(fā)現(xiàn)和發(fā)展起來的。經(jīng)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(wěn)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(chǎn)生均勻、細(xì)微而彌散的碳化物析出。 
  殘存奧氏體的存在是相轉(zhuǎn)變遇挫停滯的結(jié)果，表現(xiàn)為熱處理工藝無法使其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變進(jìn)行*，是轉(zhuǎn)變動力嚴(yán)重不足的反映。實驗和理論均表明，這種轉(zhuǎn)變動力只能通過加大高、低溫相之間的相溫差來實現(xiàn)，室溫以下直到零度的溫度空間正是為提高相轉(zhuǎn)變動力留有的余地。這種轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)中的碳化物的地位產(chǎn)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(xiàn)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(jīng)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(shù)降低了百分之二十以上，硬度提高了HRC 3へ5，導(dǎo)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(jié)果，像合金鋼和聚晶金剛石等。 
低溫冷處理技術(shù)的*優(yōu)點(diǎn) 
1、處理效果直接作用于處理件內(nèi)部，不限于表面，是整體效應(yīng)，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(wěn)定作用，這樣對那些尺寸要求嚴(yán)格的工件，預(yù)行低溫冷處理，可大幅度提高形狀和尺寸的穩(wěn)定性，并有降低被處理件的淬火應(yīng)力，提高強(qiáng)度和韌性的作用。 
應(yīng)用范圍 
低溫冷處理技術(shù)的研究和發(fā)展，引起材料生產(chǎn)和機(jī)械加工行業(yè)的高度重視，正廣泛地應(yīng)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(jī)噴嘴、飛機(jī)發(fā)動機(jī)的蝸輪軸、軋鋼機(jī)的輪軌、汽油機(jī)的缸桶和活塞環(huán)、機(jī)械齒輪和軸承、石油地質(zhì)鉆頭、紡織掛鉤、以及機(jī)加行業(yè)的等眾多領(lǐng)域，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。  

第二，可使金屬基體組織里產(chǎn)生均勻細(xì)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(shù)具有*的特點(diǎn)。改性效果滲入處理工件的內(nèi)部（整體效應(yīng)），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(qiáng)尺寸穩(wěn)定性的作用。  
 

2. 主要技術(shù)指標(biāo)2.1型號：SLX-1500II2.2開啟方式：臥式上開2.3箱內(nèi)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(jī)控制2.6降溫速率：0.1～10℃/min（任意設(shè)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(nèi)溫度為-150℃）2.10配電規(guī)格： 380V/50Hz

3．產(chǎn)品特點(diǎn)

3.1 箱體內(nèi)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(nèi)外冷熱交換，通過特制調(diào)劑可以將熱導(dǎo) 率降到0.028W/(m·k)~0.05 W/(m·k)；

3.3箱體一端設(shè)有排氣閥；

3.4內(nèi)置循環(huán)風(fēng)扇和導(dǎo)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(jī)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(nèi)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(nèi)，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(fù)，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(jī)間的通訊線連接到相應(yīng)接口上。

4.3 機(jī)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(yīng)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(jìn)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(cè)斷路器開關(guān)給系統(tǒng)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(jī)轉(zhuǎn)向；

4.4.3啟動開門按鈕，檢查液壓系統(tǒng)工作是否正常；

4.4.4按照控制柜工作狀態(tài)指示，把系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)到狀態(tài)五，使A、B深冷箱同時啟動，檢查兩箱的電機(jī)轉(zhuǎn)向；

4.4.5分別設(shè)定兩臺控溫儀表的低溫報警參數(shù)，使系統(tǒng)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(shè)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(cè)閘刀開關(guān)，控制箱上電；

4.5.1.3上電后狀態(tài)：l 各儀表顯示正常；l 電流表讀數(shù)為0；l 電壓表讀數(shù)為380V；l 狀態(tài)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(guān)狀態(tài)，綠燈亮則閥開，紅燈亮（或閥上紅燈亮）則閥關(guān)；

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(jié)束都要進(jìn)行點(diǎn)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(jìn)箱，放穩(wěn)在支架上；注意：吊放工件時要注意，輕拿輕放，尤其在箱體內(nèi)不能左右搖晃或滾動，必要時要手扶穩(wěn)，以防撞擊箱壁。

4.5.2.5工件放好后，按關(guān)門按鈕，箱門緩緩關(guān)閉，切忌用力過猛；

4.5.2.6按油泵停止按鈕，關(guān)閉油泵電機(jī)；

4.5.2.7扣上箱蓋蓋扣。

4.5.3選擇使用狀態(tài)

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

4.5.3.2根據(jù)選擇的狀態(tài)，參照下圖操作氣體閥V1、V2、V3、V4；注意：旋轉(zhuǎn)氣體閥手柄時，要緩緩旋轉(zhuǎn)，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(guān)到位，只要燈亮即可停止旋轉(zhuǎn)。注意：廠房內(nèi)東側(cè)箱為A箱；西側(cè)箱為B箱

4.5.3.3待調(diào)好使用狀態(tài)后，所選工作箱的電機(jī)開始啟動，如果不啟動，則說明狀態(tài)有誤，請詳細(xì)檢查。V1V2V3V4狀態(tài)指示狀態(tài)解釋狀態(tài)一關(guān)關(guān)開開狀態(tài)一指示燈亮A箱工作，B箱預(yù)冷狀態(tài)二關(guān)開關(guān)關(guān)狀態(tài)二指示燈亮A箱工作，B箱停止?fàn)顟B(tài)三開開關(guān)關(guān)狀態(tài)三指示燈亮B箱工作，A相預(yù)冷狀態(tài)四關(guān)關(guān)關(guān)開狀態(tài)四指示燈亮B箱工作，A箱停止?fàn)顟B(tài)五關(guān)開關(guān)開狀態(tài)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(xì)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(guān)閉增壓閥；

4.5.4.5當(dāng)壓力達(dá)到要求后，打開輸液管和液氮貯槽連接處的進(jìn)液閥；注意：液氮貯槽其他閥門未經(jīng)允許切勿輕易轉(zhuǎn)動，尤其是和安全閥聯(lián)通的閥門。

4.5.5工藝運(yùn)行根據(jù)實際情況選擇計算機(jī)控制或智能儀表控制，設(shè)定工藝曲線，運(yùn)行程序。具體工藝設(shè)定方法見第5章與第6章。

4.5.6工藝結(jié)束4.5.6.1當(dāng)設(shè)定工藝運(yùn)行結(jié)束后，設(shè)備會自動停止運(yùn)行；

4.5.6.2結(jié)束后，可隨時開箱取出工件；

4.5.6.3關(guān)畢設(shè)備l 關(guān)閉液氮罐進(jìn)液閥、關(guān)閉增壓閥、保持氣體通過閥打開；

l 關(guān)閉液氮罐進(jìn)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(guān)閉箱蓋，停止油泵；

l 深冷處理結(jié)束后，要將箱體內(nèi)水擦干，箱體保持干凈整潔；

l 關(guān)閉控制柜電源。

4.6設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)

4.6.1箱體內(nèi)保持干凈整潔；

4.6.2保持油泵及電機(jī)干凈整潔，保持油泵油量充足；

4.6.3設(shè)備如長時間不用，控制柜應(yīng)1周次進(jìn)行通電，檢查各部件狀況；

4.6.4在使用和保養(yǎng)過程中，要注意保護(hù)密封棉完整，防止損壞使深冷箱泄露。相關(guān)介紹： 上海申弘閥門有限公司是一家致力于閥門科研、設(shè)計、制造、銷售為一體的生產(chǎn)廠家。公司通過ISO9001,API 和CE質(zhì)量體系認(rèn)證，產(chǎn)品嚴(yán)格執(zhí)行ANSI、BS、DIN、JB、API、JIS、GB等標(biāo)標(biāo)準(zhǔn).公稱壓力:PN2.0~42MPa,150LB~2500LB,公稱通徑:DN15~800mm,1/2”~32”,主要生產(chǎn)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(chǎn)品.與本文相關(guān)的論文有：五陽煤礦應(yīng)用閥門案例