Одним из перспективных направлений в технологиях металлообработки является криогенная обработка металлов. Суть криогенной обработки заключается в шоковом охлаждении всего металлического изделия или определенного участка в зоне обработки до крайне низкой температуры. Это достигается путем подачи жидкого газа, чаще всего жидкого азота или аргона, непосредственно на обрабатываемый участок. Либо погружением всего изделия в жидкий газ. При этом достигается температура охлаждения ниже -150 С°. В мире для такой термообработки часто используется термин DTC – Deep Cryogenic Treatment (глубокое криогенное охлаждение).
В результате криогенной обработки удается получать структуру материала с повышенной прочностью и износостойкостью, а также обеспечивать более точный температурный контроль в рабочей зоне.
Среди технологических задач, для которых в настоящее время наиболее востребована криогенная обработка можно перечислить:
- Криогенную закалку и отпуск режущего инструмента, прокатных валков, штампов, шпинделей, передаточных шестерен, валов и т.д., с целью обеспечить их прочность и долговечность. Суть технологии заключается в погружении инструмента, в среду жидкого азота. В результате чего структура металла становиться более устойчивой к развитию микротрещин и происходит снятие внутренних напряжений. Преимуществом перед методами поверхностной обработки – фосфатированием, азотированием является то, что структурные преобразования происходит при криогенном охлаждении во всей толще материала, а не только на поверхности, что исключает необходимость повторной процедуры после переточки инструмента.
- Криогенную обработку проката. Технология заключается в глубокой деформации прокатываемого металла, в сочетании с термической обработкой при температуре жидкого азота. В результате материал получает наноразмерную структуру, что приводит к значительному улучшению его механических свойств. Например, метод является перспективном при изготовлении листов из лёгких сплавов для авиации.
- Криогенную обработку при сварке трением и сварке плавлением. Принцип основан на подаче струи жидкого газа в область сварочного шва. Такая термообработка позволяет контролировать тепловое воздействие в рабочей зоне. Это приводит к снижению внутреннего напряжения в материале шва и повышению его прочности. Также контроль температуры позволяет лучше сваривать легкоплавкие материалы и заготовки малой толщины. Дополнительно, жидкий газ, испаряясь при контакте с горячим металлом, создает защитную атмосферу в сварочной зоне.
- Криогенное охлаждение при плазменном напылении покрытий. Технологический подход заключается в подаче струи жидкого криогенного газа непосредственно в область напыления покрытия плазмотроном. В результате интенсивного охлаждения формируется наноструктурное покрытие с высокими механическими свойствами.
Это далеко не полный перечень перспективных технологических направлений, основанных на криогенной обработке. Значительное внимание к использованию криогенных оборудования в металлообработке обусловлено тем, что в результате воздействия низких температур удается получать материалы и покрытия с уникальными структурными и механическими свойствами, чего невозможно достичь традиционными методами. Благодаря этому увеличивается срок службы оборудования, повышается экономический эффект от его использования и создается конкурентное преимущество. В связи с этим, в настоящее время отмечается неуклонно возрастающий интерес со стороны промышленности к приобретению и использованию систем хранения, и выдачи жидких криогенных газов, на основе стационарных криогенных емкостей, криоцилиндров, и газификаторов.
