几乎在每本工业贸易杂志上，都会偶尔出现一篇关于“低温学”的文章几年来，《热处理》每年都会出版一期关于低温处理的杂志。A热处理2021年发表的文章可能是近年来最具学术性和专业性的文章。过去25年来我一直在研究低温学。我的研究包括20世纪30年代末至今的文章。最近的研究受益于分析技术和测量的进步，现在可以用几乎无可辩驳的方式科学地证明低温诱导的变化，特别是在钢合金中。
低温处理的基础
最常见的变化包括:1）奥氏体晶粒结构完全转变为马氏体晶粒结构；2）黑色金属中天然存在的碳化物从体心分子结构转变为面心分子结构；3）消除了内应力；4）摩擦系数降低；5）热导率提高；6）电导率提高。
作为一名专业工业用户，本文将向您展示工具、刀具、刀具、模具、冲头、齿轮、链条、链轮等的使用效果。经过低温处理。
二十多年来，Down River Cryogenics，LLC一直为工业和商业客户提供低温处理服务。大量忠实的回头客是其业务的基石。因此，更实际的做法是讨论对公司专有低温工艺有长期经验的同行和竞争对手所经历的实际结果。为了保密，没有客户被明确命名。
关于此流程的一些常见问题包括:
问:为什么冻结工具/零件/材料（即设备）会有所不同？
答:通过改变设备的磨损和应力特性，您的生产线运行时间更长，维护成本更低，磨损零件的更换频率更低，零件运行温度更低，保持锋利的时间更长，并增加利润。
问:低温处理会使钢更硬吗？
答:有时会出现两到三个洛氏硬度值的硬度变化。涉及的特定合金是决定性因素。使用我们的专有技术进行低温处理不会增加脆性或其他与不可预测的硬度变化相关的因素。
问:尺寸稳定性如何受到影响？
答:尺寸稳定性得到增强，因为该工艺消除了诱发应力和动态应力。
问:这是某种涂层吗？
答:不，低温过程产生的分子级变化会完全渗透到物品中。它不能被研磨、抛光、擦掉或化学去除。在典型的操作条件下，这种变化是永久性的。
问:低温会导致颜色变化吗？
答:是的。大多数钢材表面会有轻微的金色，使用后会褪色。
问:该工艺适用于碳化物产品吗？
答:是的。该工艺提高了粘合剂的强度，因此零件的磨损寿命增加了200%至300%。
问:这个过程会使我的工装更难重新打磨吗？
答:重新磨刃不会受到影响，除了低温加工的工具会重新磨刃，去除的金属更少。许多客户发现磨刀时间也减少了，因为与碎片碰撞时会产生切屑。
问:造成低温变化的主要因素是什么？
答:液氮产生零下300°F到零下316°F之间的低温加工温度。这种超冷环境会引起分子变化，从而对加工物品产生积极影响。
问:极低的温度不会使金属产生裂纹吗？
答:如果被加工的物品被简单地放入液氮中，物品会有破裂的趋势。适当的低温处理需要从环境温度下降到处理温度，这需要几个小时。如果低温处理器告诉你它们可以有24小时的周转时间，你应该继续寻找。
问:低温是如何保持的？
答:液氮通过专有技术被引入低温处理室。根据大气压力的不同，液氮的沸点在零下316华氏度到零下320华氏度之间，这要求低温处理器的隔热性能非常好。通过持续监控和调整的计算机驱动程序，在精确的温度控制间隔内，向这个紧密隔热的小室中注入液氮。
问:这种工艺对非金属材料有效吗？
答:低温处理对某些塑料有积极影响，包括尼龙、高密度聚乙烯、UHMW、低密度聚乙烯和人造丝。低温技术不能应用于泡沫塑料。
问:有没有影响低温处理实际效果的因素？
答:绝对的。使物品可用和适用的初始品质不会改变。质量差的设备依然是质量差的，做工差的不改变。其他因素，包括进给速度、工具速度、冷却剂输送、特定应用以及适当的维护和卫生等简单的基础知识也会产生影响——低温加工与否。良好的工作实践总是有所不同。图1显示了Down River低温公司定期处理的部分产品清单。
好处不仅限于黑色金属。由高密度聚乙烯制成的齿轮的使用寿命通常会延长一倍，工厂中需要日常冲洗的塑料衬套的使用寿命是未经处理的衬套的三倍。经过低温处理后，镀锡、碳氮共渗、镀硬铬和喷涂金属涂层的使用寿命更长。黄铜，铝，铜，不锈钢，铸铁，铸钢和锌通常经过低温处理后效果良好。
低温学的历史
“低温学”这个词创造的图像更多是基于科幻小说，而不是实用科学。这种不幸的联系导致了一种“蛇油”的氛围，可疑的运营商承诺创造魔法棒奇迹，但产生的有用结果很少。在某种程度上，这是可以理解的，因为低温服务提供商希望他们的客户购买他们看不见或摸不着的产品。在科学赶上实践之前，对于许多早期客户来说，这是一个信念的飞跃。
自20世纪30年代中期以来，减少磨损和延长可消耗钢工具寿命的圣杯一直是一种成功、有效、可重复和负担得起的低温工艺。具体来说，寻找一种称为深低温处理的技术，将物品安全地置于零下300°F至零下316°F的温度范围内。已经有许多不同的尝试将工具和磨损部件暴露于低温下作为热处理的辅助手段或替代热处理。
低温加工是一个古老的想法。据报道，15世纪的瑞士手表制造商会将黄铜手表零件的皮革袋带到阿尔卑斯山积雪场，并将其埋在雪中过冬。气温将在零下30华氏度以下持续几个月。由于长时间暴露在高寒环境中，手表零件中的分子发生了显著变化，足以使手表具有更高的计时精度和更长的使用寿命。
许多科学家和企业家都在寻求开发一种利用低温工艺的可行方法。近百年来，人们一直在寻找一种方法来提高钢制工具的耐磨性和使用寿命，而不会产生脆化、断裂、过度硬化或产生应力。
苏联时期的科学家尝试将物品浸入液氮中。虽然声称这种方法成功了，但没有同行评审的科学提供支持。苏联解体后，俄罗斯科学家站出来反驳这些说法，主要说应力性骨折在突然浸泡技术中很常见。
在英格兰，将物品悬挂在金属筐中，金属筐悬挂在液氮上方，以便在浸入液氮之前进行预冷，这种做法取得了有限的积极效果。尽管如此，将金属浸入液氮中而不缓慢降至所需温度仍会产生微裂纹和微小的改善。