Криогенная обработка металлов — это процесс обработки металлических изделий при сверхнизких температурах (ниже −153°С (-243,4 °F)) в целях снятия остаточных напряжений и повышения износостойкости деталей. Данный вид термической обработки способствует увеличению твёрдости, износостойкости и прочности металлов в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит.
Процесс криогенной обработки (КО) включает три последовательно идущих стадии: охлаждение объекта обработки с заданной скоростью до температуры минус 196°С; выдержку при криогенной температуре обработки; нагрев объекта обработки до комнатной температуры с установленной скоростью.
Криогенная обработка проводится однократно и не нуждается в повторении, поскольку свойства материала, приобретенные в результате комплексной термической обработки, сохраняются в течение длительного времени эксплуатации.
Криогенной обработке подвержены чугун, конструкционные, легированные, нержавеющие, жаропрочные, инструментальные, магнитные стали и сплавы.
Эффективность процесса криогенной обработки достигается только при определенных температурно-временных параметрах – технологических режимах: скорость охлаждения, временные интервалы выдержки и циклов, скорость нагрева, температурные режимы отпуска.
Диапазон криогенных температур от 0 до минус 272 °С связан с полиморфными превращениями в обрабатываемом материале. С понижением температуры происходят полиморфные превращения в материале, что делает готовое изделие более прочным и износостойким, наблюдается увеличение временного сопротивления и твёрдости. При температуре минус 196 °С (температура кипения жидкого азота) временное сопротивление разрыву большинства металлов в 2–5 раз больше, чем при комнатной температуре; прочность некоторых пластмасс увеличивается до 8 раз; стекла – в 12 раз.
Также в результате криогенного воздействия на металлорежущий инструмент улучшаются его режущие свойства и повышается его стойкость.
Применение криогенных температур при термической обработке металлов позволяет стабилизировать размеры деталей и получать требуемую структуру.
Микроструктура стали
Преимущества криогенной обработки:
В результате структурно фазовых изменений при криогенной обработке происходит изменение механических и эксплуатационных свойств:
– увеличение твердости, износостойкости и прочности в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит,
– улучшение формоустойчивости (стабильности размеров),
– увеличение ударной прочности и износостойкости сталей в результате выделения мелкодисперсных карбидов легирующих элементов,
– увеличение теплопроводности,
– увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений,
– увеличить износостойкости и ресурса выпускаемых изделий до 300%.