深冷处理对刀具钢材的影响

rik

这个话题由来已久，但是目前为止，也没有啥数据支撑，来说明：深冷到底对刀具钢材有什么影响，是好还是坏？大多数还是从模具钢处理上泛泛的来说深冷处理对刀具钢材怎么样怎么样好，等等。。也没有人能说清楚，最近翻看国外论坛对深冷的研究，找到一篇论文，该论文是Comparison of Effects of Cryogenic Treatment on Different Types of Steels : A Review（翻译过来就是《比较深冷处理对不同类型的钢的影响》）

            作者是2位印度人（不要小瞧印度的钢铁产业，比我们国家发达多了），印度Sandip基金会研究所机械工程系的 P. I. Patil    印度Marathwada技术研究所的R. G. Tated博士，仔细读了下全文，金山词霸，google翻译轮番上阵，终于看出点眉头，作者的意思是深冷处理不一定对钢材都好，不同的效果因人而异。但是单从模具而言，深冷是十分有利的。单从刀具用途而言要区别对待。

        深冷主要作用和原理是通过对淬火后的钢材中残奥体向马氏体转变，以及超细碳化物的析出来增强钢材的耐磨损性，降低了残余应力，增加硬度，尺寸稳定性好，增强耐疲劳性，以及韧性。但是不是绝对，只是普遍的。具体到不同类型的钢材要区别对待。对于模具而言，这些都非常重要，尤其是尺寸稳定性，耐疲劳性增加。 但对于刀具而言我们主要看中硬度，韧性，和耐磨性。
        首先深冷分为2种：一种是普通深冷（sub-zero treatment，也就是我们常用的深冷处理-100至-80度），一种是极冷深冷（deep cryogenic treatment，-100至-200度）。2种深冷对于增加钢材的耐疲劳性，耐磨性尤为突出。基本上各种类型的材料，这2点都大幅度增长。见下图数据：
深冷，极冷对耐磨性影响的对比

从此表能看出普通深冷处理尤其是极冷处理对钢材耐磨性的提高尤为显著。


            但是对于韧性而言，深冷提高不是太大。特别是D2，D2比较特殊，因为残奥残留较多，通过转化老马后，他的硬度，耐磨，耐疲劳大幅度提高。残奥转化成功和耐疲劳的增强也间接增强了韧性，但是增强不是很多。所以深冷不是万能的，深冷得根据实际不同类型的钢材的淬火数据分析，才能得出深冷是增强韧性还是减少韧性。一定要区别对待。
           但是对于耐磨，保持性，硬度的提高，深冷确实非常有用。文章中引用了其他各国关于深冷处理对各种类型钢材（工具钢如D2，粉末钢，高速钢（M3，M4)等我们常用的刀具钢，指出深冷主要作用是提高了硬度和耐磨性，韧性提高不是很大，有时甚至是影响。本例以M4类型粉末高速钢为例，深冷降低了韧性。原因就是深冷后硬度提高较大，韧性随硬度的提高而降低。
参考来源：本文作者引用的另一篇论文：Influence of Deep-Cryogenic Treatment on Tribological Properties of PM High-Speed Steel’ Materials and Manufacturing Processes论文的测试数据指出深冷处理后的粉末M4，耐磨性，抗疲劳性增强，但是韧性降低。

      总结：列位看官看了半天，那么数据一大堆究竟想说明什么。首先我看了论文后我的理解就是：
1. 深冷不是万能的，要区别对待。
2. 深不深冷取决于你的刀型大小，用途，及你钢材的前期淬火参数。
3.深冷提高硬度，增强耐磨性（通俗的认为保持性）那是一定的。
4.深冷之前得知道你钢材材料淬火后残奥转换率高还是低，在决定是否用深冷。
5.深冷处理对于绝大部分刀具钢而言，韧性的提高对于做刀显示不出来，对于低铬含量钢反而有害。
6.某些本身耐磨性能就很强的低铬钢没有必要做深冷。

一般钢材的淬火温度区间分为3种。低，中，高。带来的体现就是韧性的高---低，硬度的低----高，耐磨的低---高。

1. 如果你做的是小型刀用途，比如230mm长以下的小直刀，而且你的材料本身韧性还行，够用，那么我建议您深冷，因为降低的韧性体现在小型刀具上微不足道，但是增加的耐磨却很可观。（如果想韧性也不丢的话，我推荐您使用低温淬火，然后用深冷，这样能大大降低韧性的影响）

2. 如果你使用的是高铬含量（不锈钢）做刀具，那么建议您使用深冷。不过如果你想用高铬含量的不锈钢做大型刀具，我建议你降低淬火温度，使用低温淬火后，在做深冷。

3. 如果你使用低铬含量冷作钢或者高速钢做大长型刀具：比如V4E，M4，K390，CPM10V，A2等  4-5铬钢，我建议您不要使用深冷。

4.如果你使用类似CPM-3V，DC53，D2等中铬钢（8-12铬钢）：我建议您使用深冷。尤其是D2，DC53深冷对性能提升较高。但是还是建议您使用低温淬火。


资料原始PDF：  http://ishare.iask.sina.com.cn/f/68684444.html

rik

但是现实就是我们一般都是拿到厂家去做处理的，厂家按不按照我们的淬火参数去做，那是他们愿不愿意的问题，很有可能是一锅烩。不一定就按照你的要求来。不过对于有条件自己包炉的朋友那您在深冷前就得考虑考虑了。不要盲目听从热处理厂家意见，他们是做模具的不是做刀具的。做模具深冷十分必要。所以人家说深冷好，怎么怎么地。但是做刀具，深冷不是万能的。

lingchun28

很好的理论教学贴，要顶顶

Carson_Huang

以我的实际操作经验，再加上反复对比。rik兄的资料基本符合我的实战经验。
我常用的钢材有CPM-S90V\S30V\S35VN\XW-42\D2\RWL-34\N77\。。。。。。还有别的一些。
单纯以去除淬火后的内应力来看，深冷很有好处。
从提高抗折弯强度来看，也有显著提升。
从耐磨来看，对于高合金粉磨钢提高的幅度不如碳钢或者半不锈钢来的明显。
从表层硬度（材料去除氧化皮之后表面——2mm深度）来看，大部分的材料都略有提升，但是对于N77比较特殊，N77不做多次高温回火+多次深冷，硬度很难上去。
深层硬度值（2mm以内的深度内部），做与不做，碳钢或者是淬透性能略逊的材料优势比较明显。对于淬透性能优异的钢材，表里区别就不明显了，也许是材料本身厚度就不大，毕竟刀具不是制作模具的这么大尺寸。
除了RWL34,我上述的材料，V缺口抗冲击功性能，做与不做深冷，区别不大（没有想象中的大）。RWL34还是比较明显的。

另外，除了N77需要做极限深冷之外（-180~-150），其他的钢材，我对比过，最佳的冷处理温度比较适合-100~-80摄氏度左右

chinaxin

受教了，顶一个

欧阳秦方

理论学习贴要顶起来j

涛小

论坛需要这样的帖子，有技术含量

热处理铺

不建议刀具使用深冷处理。
耐磨性的提高对于手用工具来说没有价值，因为你原有的耐磨性足够你的使用。深冷处理降低韧性是肯定的，它还提高了材料对裂纹的敏感性，这一点恰恰是很多刀具的忌讳所在。

林二哥

对这类理论性很强的帖子一定要仔细阅读

wsxique

好帖，感谢楼主提供这么好的理论知识

fightking08

好帖，虽然我不做刀，但是却能丰富了知识。

寂静岭

我做到的深冷基本是降韧性，但有些会升强度，强度升高可以在冲击实验中使冲击值升高，冲击值不能准确体现真正的韧性。
提高钢质量可全面提升性能，其他手段好像不行，大方向总是矛盾着，强度耐磨可以统一但和韧性是矛盾的。也符合天下没那么好的事的真理。
有资料标明，有些特例或在狭小范围内，可小量强度耐磨韧性共进，未经实验，不敢多言。

次世代任务

工业上的深冷处理方向和我们讲究的手用刀具的热处理方向是有区别，我很同意LZ说的深冷是分刀的用途长度区别对待的，深冷不是无敌的，做不做深冷都需要根据最终目的进行选择。仅仅通过淬火温度的相对高低很难对比得出耐磨，韧性，防锈等等指标，对于相同目标硬度不同的淬火温度必然搭配不同高低回火温度，再加上是否深冷这个步骤来对比就，可惜没有这类权威的资料，也需要大量的投入得出结果，对于我个人经验，使用AISI的A2钢真空炉高温气淬之后直接深冷后4次高温回火对比无液氮深冷步骤 俩者硬度相差1HRC左右，深冷的略高，之后刀具的测试结果对于正常的劈砍对付木头或者干竹之类，深冷处理之后提高了1HRC多的刀具保持度略微提高，耐磨性和硬度指标略微提高，但是在劈砍铜管和铝棒的时候均表现出深冷之后的A2较不深冷的脆性，从刃口的损伤程度，深冷的抗冲击性稍弱一点。

222333

弱弱问下，以M390为例，一是热处理到59度通过深冷达到60度；一是直接热处理到60不做深冷.哪种做刀更好？

AC米兰

次世代任务 发表于 2014-4-8 11:45
工业上的深冷处理方向和我们讲究的手用刀具的热处理方向是有区别，我很同意LZ说的深冷是分刀的用途长度区别 ...

高淬高回对抗冲击韧性是什么影响呢？

次世代任务

AC米兰 发表于 2014-4-9 15:42
高淬高回对抗冲击韧性是什么影响呢？

和相对低温淬火而言，高温淬火相对增加了点马氏体中含碳量导致相同回火温度下硬度高韧性降低，高温回火又会使碳化物组织析出相对粗话大大降低淬火内应力，这个相对作用孰高孰低小弟也不是那么精通理论，我只是在实际中只是横向对比了高淬高回是否第一次加插深冷的影响，还没来得及对对比低淬低回已经是否加插深冷的影响，本帖中说的深冷作用，在AISI A2高淬高回的基础下，第一次淬火之后是否进行深冷处理的对比中，深冷对于平时的使用或者劈砍一些金属之外的干的植被之类的保持度确实有所提高，不深冷的刀刃锋利衰退表现为白线，应该是硬度和耐磨指标稍弱点，但是对于劈砍铝合金板条和石实心黄铜棒这类硬冲击的时候，深冷表现出较不深冷处理的脆性，A2这个钢本身韧性不错，也出现小卷口和细微崩碎的现象，不深冷的反而好很多，基本没有太大的损伤。
小弟的A2处理是大型的模具热处理厂拼炉子做的，用的卧式高压气淬炉，淬火温度在1020，相对于一般稍高了点，升温2阶段预热，真空气淬，淬火空冷之后紧接着就是深冷，之后是4次回火，温度有所不同，第一次回火并未直接以500多直接高回，先是相对低温的回火，其中一次是500左右高温回火，这样目标硬度最终是59-60HRC之间，目前刀具的使用并未觉得不妥，老哥这个问题得等机会调低淬火温度采用低温回火并尽量保持其他不变量才能横向对比。
还有就是即使是同一种钢材，通过不同淬火回火温度和达到同一个目标硬度，很多材料多方面性能对比在手用刀具上面也很难很科学全面的展示出的，我的这个结果也只能说大概。并不十分精确

AC米兰

A2高淬高回韧性下降比较明显。所以要对比的话，还是用低淬低回的试试再说。

yj_knife

主要是工件稳定比较起作用

龙飞九州

对这类理论性很强的帖子一定要仔细阅读

m8848

这样的帖子，有技术含量