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液氮深冷箱深冷处理的强化机理
日期：2024-05-15 16:28
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摘要：
磨损和早期断裂是工模具的主要失效形式。硬质合金的深冷处理主要应用在工模具上。工模具的磨损主要为粘结磨损和磨粒磨损;早期断裂主要为韧性不足。因此，对于其强化机理的研究也主要集中在其耐磨性和使用寿命两方面，但对物理性能的影响不明显。
(1)相变强化。
硬质合金中的Co存在面心立方晶体结构的α相(fcc)和密排六方晶体结构的ε相(hcp)2种晶体结构。ε-Co比α-Co具有较小的摩擦系数，耐磨损性强。在417℃以上α相的自由能较低，所以Co以α相形式存在。在417℃以下ε相的自由能较低，高温稳定相α相转变为自由能较低的ε相。
但是由于WC粒子及α相中固溶异类原子的存在，对相变有较大的约束力，使得α→ε相变阻力增大，使得温度降到417℃以下时α相不能完全转变为ε相。深冷处理可以更大的增加α与ε两相自由能差，从而增加相变驱动力，增大ε相转变量。经过深冷处理的硬质合金，一些溶解在Co中的原子，由于溶解度的降低而以化合物的形式析出，可以增加Co基体中的硬质相，阻碍位错运动，起到**相粒子强化作用。
(2)表面残余应力的强化。
深冷处理后研究表明，表层残余压应力增加。许多研究者认为表层中产生一定值的残余压应力可大大提高其使用寿命。硬质合金在烧结后冷却过程中，粘结相Co受到拉应力，WC粒子受到压应力，拉应力对Co的损害较大。因此还有研究者认为深冷导致的表层压应力的增加减缓或部分抵消了粘结相在烧结后的冷却过程中产生的拉应力，甚至调整成压应力，减少微裂纹的产生。
(3)其它强化机理。
有人认为深冷处理后，基体中形成的η相粒子连同WC 颗粒使得基体变得更紧密更牢固，而且由于η相的形成，消耗了基体中的Co。粘结相Co含量的降低，增加了材料整体的热导率，碳化物颗粒尺寸和邻接度的增长也增加了基体的热导率。由于热导率的增加，使得工模具**的散热更快;提高了工模具的耐磨性和高温硬度。还有人认为深冷处理后由于Co的收缩致密，使得Co对WC粒子的把持牢固作用加强。物理学家认为深冷改变了金属的原子和分子的结构。