厦门理工学院金属材料工程专业毕业论文

厦门理工学院金属材料工程专业毕业论文内容摘要：

低温。 因为装置的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。 如同热处理一样，如果不能保证热处理工 艺的合理进行，就难以充分发挥金属材料的潜力，难以达到提高零件质量和延长使用寿命的目的。 深冷处理工艺也是如此，要想在实际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的效果，就必须保证深冷处理工艺的合理 [12]。 合理的深冷处理工艺的顺利执行，这就要求所使用的深冷装置满足以下要求： （ 1）可靠性高，使用寿命长； （ 2） 温度场和温度控制准确率均匀分布； （ 3）制冷剂耗量少，节约成本； （ 4）加工工件范围广。 目前深冷处理的设备主要有两种形式，一种采用压缩空气来致冷，最低使用温度为 100℃，而最常用的深冷设备都 采用液氮致冷，它既经济又方便。 液氮制冷的方式，大致可以分为下面两种方式： （ 1）液氮浸泡式制冷：将工件直接放到装有液氮的容器中，使工件骤冷至液氮温度，并 11 在此温度下停留一段时间，最后复温而完成整个深冷处理过程。 深冷处理的研制前期都是采用液氮浸泡式方法进行深冷处理的。 由于这种深冷处理工艺简单方便，应用较为广泛。 但是，这种方法的降温速度较快，导致热应力过大，容易对工件 材料造成组织损害，而且工件材料在降温过程中降温速度是不可控制的，进而影响工艺的可调性。 （ 2）利用液氮的汽化潜热或者低温氮气制 冷：利用低温氮气实现制冷的原理是低温氮气与材料直接接触，通过对流换热来使材料温度降低，而利用液氮的汽化潜热的原理就是液氮 与材料不直接接触而通过间接方式使材料温度降低。 该深冷处理系统的处理室内通过对流换热的方式对工件材料进行处理，即液氮经喷管喷出后在深冷箱内直接汽化，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷工件温度降低， 通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节。 依靠这种系统对材料进行深冷处理时，具有换热效果好、降温速度和处理温度可控、温度分布均匀等优点。 深冷处 理应用 随着深冷处理技术和材料科学的不断发展，深冷处理技术已经从传统的钢铁材料延伸到粉末冶金、铜合金、铝合金及其它非金属材料 (如塑料、尼龙等 )，应用范围遍及诸多领域。 以下将分别介绍深冷处理在这些材料中的具体应用及深冷处理效果的对比 [13]。 深冷处理效果 采用深冷处理技术可以明显提高材料的使用寿命。 如高速钢、工具钢、模具钢、铜电极、粉末材料、硬质合金等等。 表 3和表 4分别为美国和我国一些单位采用深冷处理延长工件使用寿命的实例；表 5 为部分常用模具材料经深冷处理后耐磨性变化的比例系数。 从三个表格可以看出， 深冷处理对于不同材料的工件和工具产生了不同的效果，使零部件和工具的耐磨性显著提高 [16,17]。 表 3 美国采用深冷处理延长零件使用寿命的实例 公司 处理的材料 处理的零部件 原寿命 处理后的寿命 效果（提高倍率） Metals 铜电极触头 2 周 6周 12 Chrysler 1020 钢 拉刀（拉钢套管） 1810 件 拉 8600 件 1020 钢 拉刀（拉连杆锻件） 拉 1500 件 拉 8600 件 Ford M2 拉刀 拉孔 2020 件 拉孔 12020 件 表 4 国内深冷处理提高工件使用寿命的实例 材料 处理前寿命 处理后寿命 效果（提高倍率） 5cm 端面铣刀，加工 C1065 钢 65件 200 件 钢锯条，加工 C107 壳体上的轮毂 4h 6h 冲孔冲头 64件 5820 件 切丝板牙，用在 M485 壳体上 225 件 487 件 9SiCr 钢冷拉伸凸模制造 202 轴承内圈 5000 件 15000 件 表 5 模具经深冷处理后的寿命变化 模具名称 材料 未深冷的工具寿命 深冷处理后的工具寿 命 效果（提高倍率） M16 切边模 9SiCr 1000 件 5000 件 M16 冲孔冲头 W12RE 20200 件 40000 件 M16 冲孔冲头 65Nb 1000 3000 搓丝板滚针 Cr12MoV 8000 18000 选题的目的、意义及内容 选题的目的及意义 随着机械工业的不断发展，对金属材料的要求也越来越高，如何在材料以及热处理工艺既定的前提下尽量提高金属工件的机械性能及使用寿命，这成为很多热处理行业前沿人士思考并探索的问题。 在模具的制造生产过程中，模具质量的优劣直接影响企业的经营状况，利用深冷处理技术，提高模具的使用寿命，增加企业的经济效益。 所以低温改性技术在模具行业中得到应用，取得良好的经济效益，推而广之具有很大的实用价值。 深冷处理在航空航天、武器、工程机械、道路桥梁、半导体、电器、计算机等领域有着广泛的应用前景。 本研究的主要目的是在实验室研究中探索不同长度的冷却时间对铜基材料性能的影响。 主 13 要探究了在不同的冷却时间下铜基材料硬度、密度、体积的变化趋势，来寻求最佳的深冷处理方式，为生产大批量优质材料奠定基础。 主 要研究内容 本论文的主要研究内容是研究 冷却时间对铜基材料性能的影响 ，具体表现以下几个方面： ，并以 1h、 2h、 6h、 12h、 24h„„为实验时间。 ，了解材料硬度、密度和电导率的变化趋势。 第二章 深冷处理实验方案及方法 前期准备 实验材料 （ 1）钨铜合金： 钨和铜组成的合金，常用合金的含铜量为 10%～ 50%。 高硬度 ， 具有很好的导电导 热性。 （ 2）液氮： 液态的氮气 ； 在常压下，液氮温度为－ 196℃。 14 实验设备及用品 实验设备 表 21 实验设备 设备名称 设备型号∕规格 生产商 用途 数控线切割机 DK7732 采用划线法切割合金试样 自动转台显微硬度计 HVS1000Z 上海研润光机科技有限公司 测量合金试样的显微硬度 涡流电导仪 ZXDT101 上海正夕自动化科技有限公司 测量合金试样的电导率 电子天平 FC 104 精度： 上海精密科学仪器公司 测量合金试样的质量和体积，求出密度 金 相显微镜 AFTDC200 上海金相机械设备有限公司 观察试样的金相组织 金相试样抛光机 YMP2B 上海金相机械设备有限公司 对合金试样进行抛光 实验用品 （ 1）烧杯 （ 2）铁条 （ 3）细绳 （ 4）蒸馏水 实验步骤 准备液氮 液氮气化时温度降低至 196℃，以达到深冷处理所需温度。 选取 BS 型铜基触头 BS 型铜基触头应选取其中一组，作为实验前后的对比参照。 （ 1）选取一块钨铜合金材料，将其中一个最光滑的面磨平。 （ 2）用数控线切割机切 割钨铜合金（垂直于光滑面切割），制得两块钨铜合金标准试样并标记为 1和 2。 进行深冷处理实验 以 1h、 2h、 6h、 12h„„为实验周期进行冷却，在一定的条件下检测钨铜的洛氏硬度、电导率、密度等物理性能。 材料性能检测 将 1号试样（未深冷处理）进行硬度测量、电导率测量、密度测量。 2号试验放入液氮中后， 以 1h、 2h、 6h、 12h„„ 180h为实验周期依次进行检测。 磨金相并拍照 深冷处理实验结束后，将 1号试样（未深冷处理）和 2 号试样（深冷处理 120h 和深冷 15 处理 180h）进行金相观察，对比深冷处理前后的组织的不同。 研究的工艺流程 深冷处理及测量材料性能 深冷处理 深冷处理（ cryogenic treatment） 又称超低温处理 (一般为 130℃以下 )，是指将被处理的对 象置于特定的、可控的低温处理环境中，使材料的微观组织结构产生变化，从而改善材料性能的一种工艺方法。 一般以液氮来达到冷却效果。 液氮如图 21所示： 16 图 21 准备液氮时的现象 操作方法：。