Введение

Криогенное упрочнение – это криогенный процесс обработки, при котором материал охлаждается примерно до , обычно с использованием жидкого азота. Оно может оказывать существенное влияние на механические свойства определенных сталей, при условии, что их состав и предшествующая термообработка таковы, что они сохраняют некоторое количество аустенита при комнатной температуре. Процесс предназначен для увеличения количества мартенсита в кристаллической структуре стали, повышая ее прочность и твердость, иногда в ущерб пластичности. В настоящее время эта обработка применяется к инструментальным сталям, высокоуглеродистым, высокохромистым сталям, а в некоторых случаях – к твердым сплавам для достижения превосходной износостойкости. Недавние исследования показывают, что в процессе обработки происходит осаждение мелких карбидов (эта-карбидов) в матрице, что придает сталям очень высокую износостойкость. Превращение аустенита в мартенсит в основном достигается закалкой, но в целом оно продвигается все дальше к завершению по мере снижения температуры. В высоколегированных сталях, таких как аустенитные нержавеющие стали, начало превращения может потребовать температур значительно ниже комнатной. Чаще всего, начальная закалка приводит к неполному превращению, поэтому криогенная обработка лишь усиливает эффект предшествующей закалки. Однако, поскольку мартенсит является неравновесной фазой в диаграмме состояния железо-карбид, не было доказано, что нагрев детали после криогенной обработки приводит к обратной трансформации индуцированного мартенсита в аустенит или феррит плюс цементит, тем самым сводя на нет эффект упрочнения. Преобразование между этими фазами происходит мгновенно и не зависит от диффузии, а также эта обработка обеспечивает более полное упрочнение, а не снижение чрезмерной твердости, что делает термин "криогенный отпуск" технически неверным. Упрочнение не обязательно должно быть результатом мартенситного превращения, оно также может быть достигнуто холодной деформацией при криогенных температурах. Дефекты, возникающие в результате пластической деформации при таких низких температурах, часто существенно отличаются от дислокаций, обычно образующихся при комнатной температуре, и вызывают изменения в материале, которые в некотором роде напоминают эффекты ударного упрочнения. Хотя этот процесс более эффективен, чем традиционная холодная обработка, он в основном служит теоретической базой для разработки более экономичных процессов, таких как взрывная штамповка. Многие сплавы, не подвергающиеся мартенситному превращению, подвергались той же обработке, что и стали – то есть охлаждались без создания условий для холодной деформации. Если от такого процесса наблюдается какой-либо эффект, то одним из правдоподобных объяснений является то, что тепловое расширение вызывает незначительную, но постоянную деформацию материала.