深冷处理
深冷处理是指以液氮为制冷剂,在低于-130℃的温度对工件进行处理的方法。深冷处理能在不降低工件强度与硬度的情况下,显著提高工件的韧性。深冷处理方法分为液体法和气体法两种。液体法是将工件直接放入液氮中,处理温度为-150℃,缺点是热冲击大,有时甚至造成工件开裂;气体法是通过液氮的气化潜热和低温氮气

   深冷处理是指以液氮为制冷剂,在低于-130℃的温度对工件进行处理的方法。深冷处理能在不降低工件强度与硬度的情况下,显著提高工件的韧性。深冷处理方法分为液体法和气体法两种。液体法是将工件直接放入液氮中,处理温度为-150℃,缺点是热冲击大,有时甚至造成工件开裂;气体法是通过液氮的气化潜热和低温氮气吸热制冷,处理温度达-196℃,处理效果较好。

   根据冷却方式的不同,深冷处理可以分为制冷机法和低温液体冷却法两类。压缩空气制冷曾经得到一定程度的应用,但是由于设备存在结构复杂、维修不方便等缺点,很少采用。最近几年发展起来的低温冰箱,随着最低制冷温度的下降,同时由于其结构紧凑和操作运行简便等优点,有望在-100 ℃的温度附近得到广泛的应用。然而,对于温度更低的深冷处理,其应用时机还不成熟。最常采用的则是低温液体冷却法,由于液氮的温度合适、来源广泛、无污染、价格比较便宜,大多情况下利用液氮作为冷媒介质,有时还利用液氮和酒精等介质混合的方式获取不同的温度。

   优点如下:

   1、它使硬度较低的残余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、马氏体的晶界、晶界边缘、晶界内部分解、细化,析出大量超细微的碳化物,过饱和的

马氏体在深冷的过程中,使材料的韧性改善,冲击韧性高,基体抗回火稳定性和抗疲劳性得到提高;耐磨损的性能得到提高;尺寸稳定性提高。从而达到了强化基体,改善热处理质量,减少回火次数,延长模具寿命的目的;

   3、材料经深冷处理后内部热应力和机械应力大为降低,并且由于降温过程中使微孔或应力集中部位产生了塑性流变,而在升温过程中会在此类空位表面产生压应力,这种压应力可以大大减轻缺陷对工件局部性能的损害,从而有效地减少了金属工件产生变形、开裂的可能性。

深冷一般指233K-77K的温区范围。233K(约-40℃)一般为单级蒸汽压缩制冷所能有效达到的温度下限,77K(约-196℃)为液氮常压沸点温度。深冷是实际应用当中常用液氮来实现制冷的温区。采用单级蒸汽压缩制冷技术的最低有效制冷温度一般在-40 蒸汽(233 K)以上。为实现更低制冷,可以采用液氮制冷或机械式制冷。液氮制冷最低可以到液氮的常压沸点温度-196℃。如果使用机械式制冷,必须采取多级压缩或复叠的技术措施。采用两级压缩的蒸汽压缩系统可实现约-60℃以上温区的有效制冷,采用两级复叠循环可实现约-80℃以上温区的有效制冷。两级复叠循环的实质是两个独立的单级节流制冷循环,高温级对低温级提供预冷,每一级的工作原理与单级蒸汽压缩制冷循环一致。

制冷温度进一步降低,需要增加复叠的级数。采用三级复叠循环,最低级系统采取甲烷作为制冷剂时,其最低制冷温度可以达到120 K(约-153℃)。串连级数越多,系统可靠性就越低,而且制冷效率低,系统构成复杂,设备成本高、运行和维护费用大。因此除在早期人们开展科学研究外,少见三级以上的复叠制冷系统。

除复叠外,回热是实现更低温度的另一重要技术手段。采用单级蒸气压缩系统结合回热、多元混合制冷剂形成的深冷多元混合工质节流制冷技术,利用经过蒸发器后工质的剩余冷量降低节流前工质的温度,实现更低温区制冷。该技术可以高效可靠地满足233K-77K这一广阔温区的制冷需求。

深冷多元混合工质节流制冷技术能够实现的冷量需求范围广且高效可靠。从微型、小型一直到大中型制冷需求均可以利用该技术高效实现,例如对冷量在数百毫瓦至数瓦的红外及电子器件冷却、冷量在数十瓦至数百瓦的低温医疗与低温储存,以及冷量需求更大的气体液化、分离领域,等等。

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