低温淬火——钢的“长寿秘诀”

材料牛注：本文介绍了一种钢材表面新的强化方法——低温淬火法。它是在含氮的气氛中进行的。含氮的奥氏体低温淬火可以得到马氏体,而钢材内部组织没有发生转变。这种热处理方法既可以达到表面强化的目的,又有节约能源、减小热处理变形的优点。

低温淬火是一种在温度低于-150℃（-238℉）条件下加强金属晶体结构的热处理过程。已知某些材料的低温处理能对其三个方面产生积极影响：

1、耐用性更持久：低温淬火有助于促进热处理钢中的残余奥氏体转变为更硬的马氏体。这一过程将显著降低钢晶体结构中的缺陷。

2、改善耐磨性：低温淬火增加了eta-碳化物的析出量。这种细微碳化物在马氏体基质中充当粘合剂，能帮助马氏体钢抵抗磨损和腐蚀。

3、消除应力：所有的金属都具有残余应力。残余应力是在金属从液态凝固成固态过程中产生的力。这些应力将使局部易发生状态变化（通常是不利的）。低温淬火能够通过组织结构均匀化来减少这些缺陷。

过程：

低温淬火金属部件的方法包括首先使用气态液氮使金属缓慢冷却。在从环境温度冷却到低温处理温度过程中的要点是避免热应力。然后将金属部件在约-190℃（-310℉）的温度下，保持20到24小时，再加热至+149℃（+300℉）。高温回火阶段在降低马氏体低温转变而引起的脆性过程中至关重要。低温淬火能改变金属的全部结构，而不仅仅是表面。这样的好处在于经过热处理的材料不会在进一步处理（如研磨）中失去已有的改性。

低温淬火的对象是零件中的残余奥氏体钢，因此这种热处理方式对铁素体钢和奥氏体钢收效甚微，而对马氏体钢的性能有显著的提升，如：高碳高铬钢，以及工具钢。

除了钢，低温淬火也可用于处理铸铁、铜合金、铝和镁。该方法能从2到6个方面提高这些类型金属的磨损寿命。低温淬火工艺在20世纪60年代中叶首次商业化。

应用：

低温淬火金属部件的应用包括，但不仅限于以下行业：

航空航天和国防（例如武器平台和制导系统），

汽车（例如刹车盘、变速箱和离合器），

切削工具(如刀具和钻头)，

乐器（如铜管乐器和钢琴线），

医疗（如外科手术工具），

体育（如枪支，渔具和自行车零件）。

资料来源：

Cryogenic Society of America. Cryogenic Treatment Database.

Industrial Cryogenic Enterprises Ltd.

Nitrofreeze Cryogenic Solutions. Cryogenic Treatment Services.

原文链接：Cryogenic-Hardening。

本文由材料人编辑部龙骑士提供素材，毕瑜编译，薛文嘉审核，点我加入材料人编辑部。