液氮在材料热处理中的应用分析

液氮具有温度极低的特点，其沸点是零下195.8℃，所以在深冷剂中被广泛地应用。液氮在一定的条件下可以变成气体，也就是常说的氮气，被作为保护性的气体输入热处理的锅炉内。在我们呼吸的空气中，氮气的占比是非常大的，但是，液氮并非极其易燃易爆品，安全性及稳定性高，并且资源十分丰富，这也是材料热处理中液氮被广泛应用的重要原因。

1 材料深冷处理中液氮的应用

有很多精密性的器件对制作工艺要求是非常严格的，不仅要求组织结构的精密性，存储也是一项非常复杂的工作。比如，在很多钢铁行业中，有一些精密性的零件或者器具，在进行淬火后会存在残留的奥氏体。所以要将这些残留物体消除出去，这样零件的稳定性才能够保证，才可以确保零件不会出现变形的现象。所以为了对这一现象进行规避，最好的方式就是采取深冷处理，而液氮是深冷处理中非常常见的方法，这样可以将奥氏体转换为马氏体，然后，利用回火的方式使其变得更加的稳定。

在工业生产中，铝合金件，由于切削或者长期存储的原因，发生变形等问题是非常常见的。如果不及时对变形问题进行解决，金属部件受损伤的情况严重，加工制作的产出结果不高，废品制作率高，直接影响企业的生产成本。而变形问题的出现主要是因为原材料在切削或者生产过程中存在的残余的内里有直接的关系，所以，要想解决好变形的问题，高低温循环热处理是最好的方式，可以对其中的残余应力进行有效处理，比如，冷处理以及超低温的深冷处理等。

在铝合金零件残余应力的消除过程中，也会应用到反淬火的方式，也就是对需要淬火的工件进行深冷处理，之后采取能够快速升温的方式确保温度可以提升上来，这样所产生的应力与淬火时间是相反的，以达到材料处理的目的。另外，有一些特殊性的物品，会有特殊的用途，所以，为了确保其稳定性及安全性，就需要再进行深冷处理，这样才能够保证材料的使用性能。而液氮是一种低温性质的材料，具有非常稳定的化学性能，所以在处理过程中可以采取直接或者间接的冷处理方式。在具体的处理过程中，对于形状比较简单的材料，形变因素不用考虑，化学性质也不用考虑，直接侵入液氮中进行深冷处理即可，操作比较简单，充分发挥液氮冷却介质的作用。在这个过程中，也可以将液氮作为制冷剂，然后，对摆放工件的容器进行低温处理，使其降温到加工处理所需要的温度。通过对经过深冷处理后的铝合金件切削进行加工处理后，我们可以很明显地发现，与深冷处理之前的零件材料相比，硬度有所提升，在后期的研究中，发现这种特性在很多材料中都有所体现。所以，对铝合金件或者对强度和刚度要求较高的器件进行处理时，液氮的深冷处理效果是很好的，能够保证材料的强度与刚度。另外，在液氮低温处理过程中，可以应用液氮低温处理系统。这是一套定制的可用于低温处理工件及低温淬火及所有需要超低温处理样品的液氮系统。液氮低温处理系统可以根据客户需求配置相关功能，为客户应用不同的用途场所，可配置自动开关盖、液位监控、温度监控、液氮温度调节、液氮自动补液、工件支架定制等各种功能，并使用自增压液氮罐做低温处理槽体的补液罐体，有大容积需要的客户还可以配备液氮回收罐体做液氮回收。该系统可以定制液氮调节宽范围，也主要用于需要液氮程序控温需求的客户及相关工程。可见，利用该处理系统液氮低温处理效果会大大地提升，给用户提供差异性的服务体验，提升了液氮应用经济性。

2 材料真空热处理中液氮的应用

真空热处理是材料热处理中一种非常常见的方式，在主要实施过程中，氮气发挥了非常重要的作用。当钢铁等零部件通过真空热处理的方式进行处理时，当真空的程度过高时，为了能够规避工件中合金元素过快地发挥，要对真空率内的氮气进行回充，使炉内微量气体的含量不断地提升。例如，在对真空加热油焠进行淬火处理时，需要在工件完全冷却下来前就要在炉内重新地填满氮气。而在高压气淬时，则需要以最快的速度在真空炉中充大气压更高的氮气。在对钢件进行真空回火处理的过程中，在将真空空气抽完后，需要保证炉内的气体可以实现循环性的加热，这样回火后就可以快速地冷却。

在真空热处理工艺的实施过程中，氮气的来源是不同的，而液氮与氮气相比密度更大，体积更小，存储与运输都是非常方便的，并且需求量大，成本也很低，所以在材料真空热处理中，液氮的应用更加广泛。在我国经济较发达的地区，有专门对液氮进行存储的储罐，并由专门的厂商运输车对液氮进行运输，然后，对液氮液化而来的氮气应用到真空热处理中。采取这样的方式，相比氮气成本更低。但是，在具体的应用过程中，液氮和瓶装氮气何种更为划算，还应该与当地的自然条件结合起来，对当地的气源进行分析，然后，对具体的氮气使用量进行计算。市场中的液氮其价格与纯度与需求量具有直接的关系。所以，在液氮在真空热处理中的使用，还需要因地制宜。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2021/0712/705.html