深冷处理在瓷砖模具上的应用

　　低温深冷处理工艺是一种将材料或零部件置于-130°— -196°的低温下，按一定的工艺进行处理的过程。它不仅可以对黑色金属、有色金属、金属合金和碳化物进行处理，还能对非金属材料进行处理。

　　瓷砖模具是一种冷作模具，它是通过压力机巨大的冲击压力将具有一定湿度的粉料压制成瓷砖毛坯。模具的成型部位(型腔)无疑承受着巨大的冲击力。而且，在脱模的过程中型腔也承受着一定的摩擦力。衡量瓷砖模具质量的标准就是它的使用寿命，其中型腔是最主要的一个部分。所以型腔的抗冲击能力和耐摩擦能力基本决定了模具的质量。各生产厂家为了改善质量、提高效益进行了不断的探索，最终镶嵌式结构的衬板被大多数厂家所接受。镶条成了模具质量的支柱，于是对镶条如何处理，使之能够更好的满足耐冲击和耐摩擦的要求，成了各生产厂家研究的重点。事实证明，深冷处理是对镶条进行处理的一种有效手段。由于深冷处理不同于一般的表面处理，它可以使被处理工件的全部材料性能都得到提高，这样可以保证镶条衬板的使用寿命，并能多次使用。

　　1 试验方法

　　1.1 使用设备带有计算机连续监控并能自动调节液氮进入量、自动升降温的深冷处理箱。

　　1.2 处理过程

　　从某粉末冶金厂取一批机加工好后衬板镶条，规格为江阴长隆45X95,镶条材料经正常的淬火+150°低温回火后，尽快进行深冷处理，深冷温度分别有-100°、-120°、-140°、-160°和-196°，保温时间分别有1h, 2h, 4h和8h,深冷处理后的镶条都经低于150°的温度回火，保温时间均为1h,并分别测定其硬度。把经深冷处理的芯棒与同批热处理而未经深冷处理的芯棒共同装机测定其寿命，分别用不同的试验材料装在同一套模具上进行试验，将试验模具安装在纳萨蒂(NASSETTI)PH680压机上，试验在同样的粉料和均匀的压力条件下进行。每间隔4万次检查镶条的磨损情况，并用低位放大镜分别观察处理工艺不同的镶条的磨损形貌。

　　经过深冷处理后，材料稳定性得到提高，有害应力得到减小，镶条衬板的使用寿命有所提高。一般普通衬板的模具单面使用寿命为15万-20万次，而使用经过深冷处理的镶条衬板，在同样的粉料和冲压条件下，其模具的单面使用寿命约为100万次。

　　3 结果分析

　　在深冷处理过程中组织结构发生变化，残余奥氏体量减少。残余奥氏体中合金元素，特别是碳元素起着强残余奥氏体的作用，因而需要较多的能量才能促使剪切机理来产生马氏体，深冷处理就是利用过冷度来增加马氏体转变的驱动力，随着深冷温度降低，过冷度增加，马氏体转变越完全。在冷却过程中残余奥氏体向马氏体的转变速度，不取决与时间，而与过冷度有关，即残余奥氏体量只与深冷温度有关。另外，深冷处理还可以析出细小碳化物，细化组织结构。深冷处理提高材料性能的原因分析如下：

　　①它使硬度较低的奥氏体转变为较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体；

　　②通过超低温处理，使被处理材料的晶格具有更加广泛分布的硬度较高、粒度更细化的碳化物微粒；

　　③在金属晶粒中可产生更均匀、更微小，且带有更大密度的微小材料组织；

　　④由于有附加微碳化物粒子和更细密的晶格，故导致了更密集的分子结构，使材料内部微小的空洞被大大减少；

　　⑤材料经超低温处理后内部热应力和机械应力大为降低，从而有效的减少了造成镶条产生裂纹的可能性；

　　⑥在被处理的材料中，由于其电子动能的减少而使分子结构产生新的组合。

　　对于本次试验，深冷处理减少了残余奥氏体量，增加了镶条在挤压过程中在亚表层萌生裂纹的难度，同时由于残余奥氏体量减少以及细小碳化物析出和组织细化，使犁削难度增加。因此，镶条经深冷处理后，增加了抗疲劳磨损和磨粒磨损的能力，从而提高了镶条寿命。如果深冷处理温度较高(高于一160)，过冷度较小，残余奥氏体向马氏体的转变的能量不足，残余奥氏体量较多，表现在镶条硬度几乎不变，镶条寿命提高不多。在较低温度下深冷处理，只要保温时间足以使芯棒冷透不小于2h)，残余奥氏体向马氏体的转变就较为完全，但马氏体中析出的细小碳化物的量随着保温时间的延长而缓慢增加。因此，镶条寿命也随保温时间延长而缓慢增加。如果考虑到随着保温时间延长，镶条深冷处理的成本也增大，那么取保温时间为2-41最适宜。

　　4 结论

　　通过对镶条进行深冷处理，可以增强镶条材料的抗磨性、强度、韧性和抗冲击性，提高抗疲劳强度和消除内应力，大大延长了模具的使用寿40%同时，由于使用了镶嵌式结构，对衬板基体材料的要求有所降低，从而降低了制造成本，提高经济效益。

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