深冷处理工艺
深冷处理工艺
工艺参数的影响
处理 温度 保温 时间 降温 速率
主要影响组 织的转变情 况，不同的 温度范围微 观组织转变 类型不一样
主要决定工 件温度均匀 性以及组织 转变的程度
主要影响到 深冷处理过 程中产生的 冷冲击，理 论上越小越 好
深冷处理工艺
实例
D2钢碳化物颗粒数量和磨损率随深冷温度的变化
深冷处理应用
名称 丙纶圆编绳 直径 线密度 处理前 处理后 （mm） （g/m） 延伸率 延伸率 7.0 18.7 20.00% 22.10% 延伸率 改变率 10.50% 处理前强 度（Kg） 355.0 处理后强 强度改 度(Kg) 变率 360.0 1.40%
涤纶登山绳
晾衣绳（皮 为pvc；芯为 pp单丝三股 绳） PP单丝中空 绳 尼龙三股绳 涤纶双编绳 尼龙双编绳 丙纶圆编绳
-80℃处理：32个 -120℃处理：43个 -140℃处理：45个 -160℃处理：48个 -196℃处理：50个
60% 115% 125% 140% 150%
钢铁材料的深冷处理Fra bibliotek“嫦娥三号”用谐波传动减速器关键部件的深冷处理
深冷处理应用
其他工具钢深冷处理效果
名称
M16 切边模 M16 冲孔冲头 M16 冲孔冲头 搓丝板
SLX-140W
SLX-1200R
深冷处理设备
南京斗升SLX-10M
一胜百深冷设备
有效尺寸：φ1800×4000mm 外形尺寸： φ2300 × 4700
深冷处理设备
圆筒式深冷处理设备
SLX-8R
SLX-30R
深冷处理设备
南京大学用深冷处理设备 一胜百深冷设备
有效容积： φ1000×530×1700mm 外形尺寸： φ1300×830×2000mm
SLX-1000
SLX-640
深冷处理设备
成发深冷处理设备
深冷处理设备
一胜百深冷设备 大型轧辊用深冷处理设备
SLX-1500大型轧辊冷处理系统
深冷处理设备
全球最大深冷处理设备
一胜百深冷设备
10000mm×2000mm×2000m
深冷处理设备
一胜百深冷设备 立式深冷处理设备—标准产品
材料
9SiCr W12RE 65Nb Cr12MoV
未深冷 的寿命 1000件 20000个 1000个 8000件
深冷处理后 效果（提高 的寿命 倍率） 5.00 5000件 40000个 3000个 18000件 2.00 3.00 2.25 1.42
组合钻头
硬质合金
6000个
8500个
深冷处理应用
深冷处理应用
W9钢不同深冷处理温度的残余奥氏体含量（%）
深冷处理温度（℃）
普通热处理工 艺 4.8
-80
4.8
-120
4.8
-140
4.4
-160
4.0
-196
3.7
深冷处理前微观组织
深冷处理后微观组织
深冷处理应用
W9钢丝锥不同温度深冷处理后加工能力的变化
M24丝锥， 加工材料：1Cr18Ni9Ti 切削速度：提高30% 未冷处理：20个
深冷处理设备
东方电气用深冷处理设备 一胜百深冷设备
8.0
5.5
36.3
22.5
22.50% 24.50%
0.18 19.94
8.80%
12%
1279.0
181.0
1311
218.0
2.50%
20%
8.0
21.2
25.60% 27.50%
7.40%
555.0
594.0
7.00%
10.0
14.0 8.0 5.0
50.0
134.0 30.4 9.8
32.90%
-190℃～+200℃
1~10℃/min
1~10℃/min
控温精度 温度均匀度
±1℃
<±2℃
深冷处理设备
标准卧式深冷处理设备
深冷处理设备
小型试验用
深冷处理设备
一胜百深冷处理设备
深冷处理设备
工业用深冷处理设备
一胜百深冷设备
计算机+触摸屏控制 SLX-32R
深冷处理设备
鲍迪克公司深冷处理设备 一胜百深冷设备
激光外形测量仪分析结果
焊接完后弯曲严重
铸铁的深冷处理
曲轴加工尺寸偏差（μm）
曲轴试样 在压缩机中，关键部件的尺寸稳定性对压缩机的使用性能 具有重要的意义。直径13mm的曲轴孔，通过深冷处理改 善了曲轴尺寸稳定性，使其加工尺寸偏差明显减小，同时 其尺寸分布更为均匀。
深冷处理应用
非金属材料
深冷处理对PPG材料性能的影响
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深冷处理工艺
实例
D2钢硬度和碳化物颗粒数量随深冷保温时间的变化
深冷处理应用
钢铁材料
W9Mo3Cr4V高速钢的深冷处理
室温硬度与冷处理温度的关系
室温冲击韧性与冷处理温度的关系
硬度随冷处理温度降低而升高，并在-140℃附近保持稳定； 冲击韧性随冷处理温度降低而升高； 冷处理可以同时提高W9钢的强度和韧性，是提高材料性能的有效手段。
Company
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深冷处理技术及应用
中国科学院理化技术研究所 顾开选
提纲
深冷处理简介
深冷处理机理及工艺
深冷处理的应用
深冷处理设备
深冷处理简介
定义
冷处理
冰冷处理 0 ℃ ～-100℃ （173K）
深冷处理 -100℃以 下
深冷处理简介
发展历程
70年代末，美国成立若干深冷处理公司 随后，英国、俄罗斯、日本相继开始研究 中国80年代开始研究 1974年美国路易斯安那大学Barron等 人的研究，耐磨性提高2-6.6倍
36%
10.70%
9.20% 11.50% 10.64%
1510.0
3209.0 960.0 289
1591
3312 1009 303
5.30%
3.20% 5.10% 4.80%
16.30% 17.80% 28.60% 31.90% 35.70% 39.50%
深冷处理应用
国外的应用
上世纪八十年代美国已经大范围应用深冷处理技 术，目前美国和欧洲的模具，刀剪等行业已经应 用普遍，并且有很多专业深冷处理加工厂。
试样
平均
铝合金深冷处理研究
美国马歇尔太空飞行中心实验结果
深冷处理后热影响区的残余应力降低了84MPa左右
铝合金深冷处理研究
深冷处理后残余应力降低了63MPa左右
铝合金深冷处理的应用
军工产品改善尺寸稳定性
铝合金深冷处理的应用
军工产品改善尺寸稳定性
钛合金的深冷处理
深冷处理改善钛合金焊接件的尺寸稳定性
深冷处理应用
国外应用
“Virtually all engine parts respond to cryogenic treatment.”
国外应用
深冷处理设备
原理图
深冷处理设备
箱体结构图
排气 温度计 孔板 叶轮 进液管 电磁阀 风机
深冷处理设备
技术指标
温控范围 升温速率 降温速率
析出的动力
马氏体基体上 析出大量的超 微细碳化物
马氏体体积收 缩、铁的晶格 常数缩小
残余奥氏体转 变成马氏体
深冷处理机理
组织细化、部分转移了金属原子的动能
深冷处理增加了原子间的结合能
深冷处理减小晶格常数，细化晶粒
深冷处理机理
引起材料内部缺陷（微孔、内应集中部位）的塑 性流变
降低材料内部残余应力，提高尺寸稳定性
深冷处理
深冷处理机理
残余奥氏体转变成马氏体
晶格结构：
深冷处理机理
马氏体基体上析出大量超细碳化物颗粒
材料内应 力增加
增加了碳子 析出的动力
马氏体基体上 析出大量的超 微细碳化物
马氏体体积收 缩、铁的晶格 常数缩小
残余奥氏体转 变成马氏体
深冷处理机理
马氏体基体上析出大量超细碳化物颗粒
增加了碳子 材料内应 力增加
铝合金
航空航天
军工企业
铝合金深冷处理研究
实验及结果
2A11工件及试样实验结果
处理方式
未深冷处理
变形量
抗拉强度 （Mpa）
延伸率（%）
冲击功（J）
0.1
513.24
9.56
2.51
一次深冷处理
两次深冷处理
0.0117 0.0102
556.01 532.09
11.77 9.18
6.63 6.83
铝合金深冷处理研究
实验及结果
Al-Li合金深冷处理结果
深 冷 前
深 冷 后
铝合金深冷处理研究
深冷处理对铝合金宏观残余应力的影响
未深冷
点 3： -43.6 ±21.1 Mpa
点 1： -100.0 ±15.3 Mpa
已深冷
点 3： -109.5 ±30.0 Mpa
点 1： -105.5 ±18.1 Mpa
点 4： -28.2 ±12.5 Mpa
点 4： -133.5 ±18.5 Mpa
点 2： -47.3 ±9.5 Mpa
点 2： -101.9 ±25.3 Mpa
铝合金深冷处理研究
圆环开口法评价尺寸稳定性
0.10
未深冷 已深冷
0.08
尺寸变 化率
6.15%
0.06
4.29%