100 多年前，瑞士鐘表商發(fā)現(xiàn)將關(guān)鍵零件埋入雪地中可以提高零件的耐磨性和可靠性 [1] 。美國自 1965年開始使用深冷處理（Deep Cryogenic Treatment，DCT）技術(shù)，從此該技術(shù)在全球范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注 [2] 。1980 年，深冷處理技術(shù)在國外已成為常規(guī)材料處理方法，并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。相比于熱處理，深冷處理的主要優(yōu)勢在于不僅對(duì)環(huán)境友好，而且可以保證材料良好的尺寸穩(wěn)定性 [3-4] 。
鈦合金作為重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué) [5] 、航空航天 [6-7] 等領(lǐng)域。雖然熱處理是傳統(tǒng)調(diào)整鈦合金性能的方法，但它在提升材料某一性能的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致其他性能降低。例如，固溶+時(shí)效處理可以提高鈦合金的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)導(dǎo)致鈦合金韌性降低 [8] 。深冷處理旨在綜合優(yōu)化鈦合金性能 [9] ，通過將材料冷卻至極低溫度，改變鈦合金微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其力學(xué)性能和耐磨損性，而不明顯降低韌性。因此，深冷處理在提高鈦合金整體性能方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。本文綜述了深冷工藝參數(shù)（深冷時(shí)間、深冷溫度、循環(huán)次數(shù)）對(duì)鈦合金組織和力學(xué)性能的影響及其作用機(jī)理，以期為深冷處理在鈦合金工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供更為有力的支持和指導(dǎo)。
1 、深冷處理原理與作用機(jī)理
深冷處理通常將材料冷卻至極低溫度，以實(shí)現(xiàn)其微觀結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化。深冷處理常使用液氮作為制冷介質(zhì)，主要采用液態(tài)法和氣態(tài)法進(jìn)行冷卻。液態(tài)法是將樣品直接置于液氮中浸泡，進(jìn)行低溫處理 [10] 。在此過程中，需要精確控制冷卻速度，以免過大的熱沖擊引發(fā)材料開裂。一些研究者 [11] 提出：在樣品浸入液氮和取出之前，讓樣品在液氮表面上方停留約 0.5 h，以平穩(wěn)地進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)變，避免裂開。氣態(tài)法則是通過液氮的汽化來達(dá)到所需的冷卻效果 [12] 。氣態(tài)法的原理如圖 1 所示。其原理為：將液氮置于液氮罐中，通過閥門和軟管控制液氮蒸發(fā)的流量，液氮通過軟管進(jìn)入箱體的分配區(qū)發(fā)生汽化，利用風(fēng)扇使汽化的液氮在分配區(qū)均勻掃滿箱體，以達(dá)到冷卻效果，并由電磁感應(yīng)閥對(duì)箱體內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，以達(dá)到維持箱體溫度的目的。
圖 1 氣態(tài)法深冷處理系統(tǒng)原理 [12]
Fig.1 Schematic diagram of gas deep cryogenic treatment system [12]
目前，對(duì)黑色金屬深冷處理的機(jī)理解釋已經(jīng)較為完善 [13-14] 。主流觀點(diǎn)認(rèn)為，經(jīng)深冷處理后，黑色金屬材料性能改善的原因包括殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變、馬氏體基體中納米碳化物的析出以及內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力催生位錯(cuò)的形成。對(duì)于鈦合金，雖然深冷處理對(duì)其物理性能有顯著影響，但具體的作用機(jī)理尚存在爭議。晶格在低溫下的收縮是影響鈦合金性質(zhì)的關(guān)鍵因素。這種收縮會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，可能引發(fā)位錯(cuò)纏結(jié)和晶格缺陷。此外，深冷處理還可能導(dǎo)致新相的析出和晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而細(xì)化晶粒并增加孿晶數(shù)量。這些變化共同提高了材料的力學(xué)性能、耐疲勞性和耐蝕性，使鈦合金適應(yīng)于更高要求的應(yīng)用場景。
2、 深冷處理對(duì)鈦合金微觀組織的影響
TC4（Ti-6Al-4V）是應(yīng)用最廣泛的鈦合金，研究它在深冷處理下微觀結(jié)構(gòu)的變化情況具有重要的工程意義和科研價(jià)值。TC4鈦合金在不同加工條件下表現(xiàn)出不同的微觀結(jié)構(gòu) [15-16] 。常溫軋制TC4鈦合金的微觀組織呈現(xiàn)為等軸組織（見圖 2a），增材制造（Additive Manufacturing，AM）制備的TC4鈦合金主要表現(xiàn)為平行交錯(cuò)的針狀組織 [16] （見圖 2b），深冷處理對(duì)這些鈦合金微觀組織的影響主要體現(xiàn)在晶粒尺寸細(xì)化、位錯(cuò)增加及缺陷減少方面。譚玉全 [17] 對(duì)未經(jīng)深冷處理的軋制態(tài)TC4鈦合金進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其等軸α相形態(tài)較長且尺寸偏大（見圖 3a），但經(jīng)深冷處理 11 h 后，原始橄欖球狀的α相轉(zhuǎn)變?yōu)閳A球狀的α相（見圖 3b）。Yu 等 [18] 進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)深冷處理可以使TC4鈦合金板材的晶粒尺寸顯著減小，從 4.17 μm 縮小至 2.10 μm（見圖 4）。Gu 等 [19] 認(rèn)為深冷處理除了可以細(xì)化晶粒外，還能增強(qiáng)TC4鈦合金的均勻性并減少缺陷。Huang 等 [20] 對(duì)電子束熔融成形（Electron Beam Melting，EBM）的TC4鈦合金進(jìn)行了深冷 48 h 處理，發(fā)現(xiàn)與未深冷處理的試樣相比，深冷處理后試樣的片層α相厚度有所減小。除了 TC4鈦合金外，深冷處理對(duì)其他牌號(hào)的鈦合金的微觀組織也有顯著影響。Yumak 等 [21] 研究發(fā)現(xiàn)，深冷處理可以將 TB5（Ti15V-3Al-3Cr-3Sn）鈦合金中不穩(wěn)定的β相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的β相和α相。鄭會(huì)會(huì) [22] 研究了深冷處理對(duì)軋制態(tài) TC18（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe）鈦合金板材室溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)深冷處理后基體上的析出物更加細(xì)小，并呈彌散分布（見圖 5）。此外，Zhou等 [23] 對(duì) TC6（Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si）鈦合金板材進(jìn)行了深冷處理研究，結(jié)果顯示，經(jīng)深冷處理后，晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了高密度的錯(cuò)位結(jié)構(gòu)（見圖 6）。
圖 2TC4鈦合金常溫軋制和增材制造的顯微組織 [16]
Fig.2 Microstructures ofTC4titanium alloy in normal temperature rolling and additive manufacturing [16] :a) equiaxed structure; b) acicular structure
圖 3 軋制TC4鈦合金在深冷處理前后的顯微組織 [17]
Fig.3 Microstructure of rolledTC4titanium alloy before and after deep cryogenic treatment [17] :a) no deep cryogenic treatment; b) deep cryogenic treatment for 11 h
圖 4 不同溫度下軋制TC4深冷處理后組織和晶粒尺寸分布 [18]
Fig.4 Microstructure and grain size distribution of rolledTC4after deep cryogenic treatment [18]
圖 5 軋制 TC18 深冷處理前后顯微組織對(duì)比 [22]
Fig.5 Microstructure Comparison of TC18 before and after deep cryogenic treatment [22] :a) no deep cryogenic treatment; b) deep cryogenic treatment for 6 h
圖 6 軋制 TC6 距頂表面 80 μm 深度的近表層中 TEM 顯微照片 [23]
Fig.6 TEM micrographs of the near-surface layer of TC6 rolled at a depth of 80 μm from the top surface [23] :a) no deep cryogenic treatment; b) deep cryogenic treatment for 18 h
Luo 等 [24] 揭示了深冷處理對(duì)純鈦合金TA2微觀組織的重要調(diào)控作用，特別是在優(yōu)化晶粒尺寸、增大位錯(cuò)密度等方面。
深冷處理沒有改變鈦合金α相和β相的晶格結(jié)構(gòu)，但會(huì)導(dǎo)致晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向，從而產(chǎn)生織構(gòu)。Yu等 [18] 研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)深冷處理后，TC4鈦合金試樣的部分晶粒向(102)和(002)晶面偏轉(zhuǎn)。陳振華等 [25] 的研究也得出了相似的結(jié)論：深冷處理不僅會(huì)導(dǎo)致鈦合金產(chǎn)生擇優(yōu)取向，還會(huì)導(dǎo)致晶內(nèi)位錯(cuò)增多，形成眾多亞晶結(jié)構(gòu)。
由于制備工藝和外部條件存在差異，因此經(jīng)深冷處理后晶面的偏轉(zhuǎn)會(huì)存在差異。李澤鏵 [26] 研究發(fā)現(xiàn)，SLM 制備的TC4鈦合金晶粒更多的是向(101)和(100)晶面呈現(xiàn)擇優(yōu)取向。Li 等 [27] 在研究磁場作用下 TC4鈦合金深冷處理的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，深冷處理會(huì)導(dǎo)致部分晶粒的(110)晶面偏轉(zhuǎn)至(100)和(101)晶面，同時(shí)，經(jīng)磁場深冷處理的樣品晶粒在(002)晶面擇優(yōu)取向。
綜上所述，深冷處理對(duì)鈦合金微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響，如晶粒細(xì)化、位錯(cuò)增加和織構(gòu)變化等。此外，深冷處理使鈦合金晶粒的部分晶面偏轉(zhuǎn)，形成特定織構(gòu)。然而，對(duì)于鈦合金晶粒在不同晶面上擇優(yōu)取向產(chǎn)生織構(gòu)的具體原因，仍需要基于不同的深冷工藝和材料進(jìn)行深入的分析研究。
3、 深冷處理對(duì)鈦合金力學(xué)性能的影響
TC4鈦合金中元素的波動(dòng)范圍較大，通常其抗拉強(qiáng)度為 850~1 250 MPa，延伸率為 3%~20%，并受加工工藝、熱處理等因素影響表現(xiàn)出不同程度的增大或減小 [28] 。通過分析鈦合金的力學(xué)性能和顯微組織，可以更好地對(duì)鈦合金的深冷機(jī)理進(jìn)行研究。Huang 等 [20]對(duì)深冷處理 48 h 后的軋制TC4鈦合金進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，深冷過后的軋制TC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別提高了 18.64%、18.65%和 91.67%。Gu 等 [19] 選用TC4鈦合金板材在 77 K 下保溫 2 h，發(fā)現(xiàn)其延伸率從 16.5%提高到 24.5%，同時(shí)強(qiáng)度略有提高。Song 等 [29] 對(duì)經(jīng)深冷處理的近β鈦合金（βTi-5Al-3Mo-3V-2Cr-2Zr-1Nb-1Fe）進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)深冷處理后近β鈦合金的抗拉強(qiáng)度提高，塑性保持不變。李曉琛等 [30] 研究了深冷處理對(duì)退火TC4鈦合金微觀組織和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)相比于未深冷退火試樣，深冷處理后試樣的抗拉強(qiáng)度從1 428 MPa 提高到 1 508 MPa，斷后延伸率由 6.2%增大到 9.0%。深冷處理對(duì)鈦合金力學(xué)性能的影響規(guī)律及其作用機(jī)理如表 1 所示。一般來說，鈦合金主要通過晶粒細(xì)化、位錯(cuò)纏結(jié)和相析出產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化效應(yīng)來提高材料力學(xué)性能。
目前通過深冷處理提高鈦合金力學(xué)性能的途徑主要包括分析深冷工藝參數(shù)（深冷時(shí)間、溫度和循環(huán)次數(shù)）對(duì)性能的影響以及優(yōu)化深冷工藝參數(shù)。
3.1 深冷時(shí)間
深冷時(shí)間是提高鈦合金力學(xué)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。鈦合金的力學(xué)性能會(huì)隨著保溫時(shí)間的改變而發(fā)生變化。Huang 等 [20] 將 EBMTC4鈦合金在液氮中保溫6、12、24、48、72、96 h 后，發(fā)現(xiàn)在深冷處理 48、72、96 h 后，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率分別達(dá)到最大值（見圖 7）。丁首斌 [16] 將電子束選區(qū)熔化（ElectronBeam Selective Melting，EBSM）TC4 浸入液氮中保溫不同時(shí)間，發(fā)現(xiàn)試樣拉伸性能在深冷處理保溫 48 h時(shí)達(dá)到最優(yōu)。Zhou 等 [23] 將TC4鈦合金浸入液氮中進(jìn)行深冷處理 0~24 h，發(fā)現(xiàn)其硬度在 18 h 時(shí)達(dá)到最大值，但其延伸率從 15.79%降低至 13.89%。綜上所述，對(duì)于深冷處理，并不是保溫時(shí)間越長效果越好，并且當(dāng)某一性能具有最佳效果時(shí)，其他性能可能達(dá)不到預(yù)想效果，需要針對(duì)不同的性能調(diào)整相應(yīng)的深冷參數(shù)。
圖 7 深冷處理后 Ti6Al4V 合金的拉伸性能 [20]
Fig.7 Tensile properties of Ti6Al4V alloy after deep cryogenic treatment [20]
3.2 深冷溫度
深冷溫度是鈦合金深冷處理的核心工藝參數(shù)。一般來說，深冷處理的溫度越低，鈦合金表現(xiàn)出的延展性越好。?akir 等 [34] 研究了深冷處理溫度對(duì)軋制 TC4鈦合金拉伸性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，與未深冷處理的試樣相比，深冷處理后的TC4鈦合金表現(xiàn)出更高的延展性，并且隨深冷處理的溫度降低，材料的強(qiáng)度略有下降，延伸率提高，如表 2 所示。Vijayakumar 等 [35]將軋制TC4鈦合金在?80 ℃和?196 ℃下分別保溫36 h 后，發(fā)現(xiàn)在?80 ℃下保溫的試樣強(qiáng)度下降、延伸率上升。與?80 ℃下保溫的試樣相比，?196 ℃下保溫的試樣強(qiáng)度下降得更多，延伸率有明顯提升。
3.3 深冷循環(huán)次數(shù)
深冷循環(huán)次數(shù)是鈦合金深冷處理過程中的重要參數(shù)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，鈦合金的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整。與傳統(tǒng)深冷處理直接將材料浸入液氮罐中并在維持特定時(shí)間后取出樣本進(jìn)行空冷相比，循環(huán)深冷會(huì)在每個(gè)保溫周期后取出樣本進(jìn)行空冷，隨后再次進(jìn)行深冷，并重復(fù)此過程。2 種主要的循環(huán)深冷方式分別為：1）保持總深冷時(shí)間恒定，調(diào)整循環(huán)次數(shù)；2）單次深冷時(shí)長固定，調(diào)節(jié)深冷次數(shù)。Li 等 [27]研究表明，經(jīng)循環(huán)深冷后，TC4鈦合金的強(qiáng)度和延伸率得到提高，循環(huán) 3 次后可以獲得最高抗拉強(qiáng)度和最優(yōu)延伸率。李澤鏵 [26] 固定了總的深冷時(shí)長并調(diào)整了循環(huán)次數(shù)，觀察到 SLMTC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的增加而升高，但延伸率略有下降。據(jù)此，他認(rèn)為在循環(huán) 3 次時(shí)，鈦合金展現(xiàn)了最佳的綜合性質(zhì)。
SLMTC4鈦合金在不同深冷循環(huán)次數(shù)下的拉伸性能如表 3 所示。李月明 [36] 保持每次深冷時(shí)間相同并增加了循環(huán)次數(shù)，發(fā)現(xiàn)單次深冷處理會(huì)導(dǎo)致軋制TC4鈦合金硬度降低，而 2 次深冷處理會(huì)使硬度上升至一個(gè)較高的水平，但當(dāng)增加到 3 次深冷處理時(shí)，硬度會(huì)略微降低，但仍高于未處理樣本硬度。綜上所述，當(dāng)深冷循環(huán)次數(shù)在 3 以內(nèi)時(shí)，對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度有促進(jìn)作用，硬度和延伸率的變化需要根據(jù)不同的循環(huán)工藝進(jìn)行具體分析。
4 、深冷處理對(duì)鈦合金服役性能的影響
深冷處理對(duì)鈦合金力學(xué)性能的影響最終體現(xiàn)在其服役性能上，而服役性能決定了鈦合金產(chǎn)品的使用壽命。本節(jié)主要介紹深冷處理對(duì)鈦合金服役過程中耐磨性和疲勞壽命的影響。
4.1 耐磨性
TC4鈦合金的耐磨性較差。Atar [37] 在比較 316L、TC4 和 CoCrMo 合金的滑動(dòng)磨損性時(shí)發(fā)現(xiàn)，TC4鈦合金的耐磨性僅為 316L 的 1/2 和 CoCrMo 合金的 1/24，這無法支持它在航空、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。因此，亟須找到一種有效方法來改善鈦合金的耐磨性。
有關(guān)提高TC4鈦合金耐磨性的研究指出，深冷處理能夠細(xì)化材料的晶粒、增加孿晶數(shù)量并導(dǎo)致晶粒方向發(fā)生偏轉(zhuǎn) [38] 。這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，如高位錯(cuò)密度和孿晶的形成，有助于吸收摩擦產(chǎn)生的能量，從而防止材料表面的裂紋形成。Luo 等 [39] 在研究深冷處理和超聲表面軋制工藝對(duì)TC4鈦合金表面組織和性能的協(xié)同作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)深冷處理后，TC4鈦合金表面的硬度增大，TC4鈦合金對(duì)滾動(dòng)刀頭表面的附著降低，使TC4鈦合金表面維持較低的粗糙度，從而提高了其耐磨性。Huang 等 [40] 觀察了TC4鈦合金磨損面的微觀組織，發(fā)現(xiàn)深冷處理 2 h 的磨損機(jī)制為嚴(yán)重磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損的共同作用，而經(jīng)深冷處理 72 h 后，磨損機(jī)制為輕微磨粒磨損，如圖 8所示。張良等 [41] 研究表明，隨著深冷處理時(shí)間的延長，TC4鈦合金的位錯(cuò)密度提高，經(jīng)過 15 h 的深冷處理后，TC4鈦合金的磨損質(zhì)量與未處理樣品的相比減少了 40.42%。師佑杰等 [42] 的研究則進(jìn)一步證實(shí)：深冷處理可以導(dǎo)致TC4鈦合金產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，從而提高材料的耐磨性和顯微硬度。
圖 8TC4深冷處理的微觀結(jié)構(gòu) [40]
Fig.8 Microstructure ofTC4after deep cryogenic treatment [40] : a) deep cryogenic treatment for 2 h; b) magnified image after deep cryogenic treatment for 2 h; c) deep cryogenic treatment for 72 h; d) magnified image after cryogenic treatment for 72 h
4.2 疲勞壽命
近年來，有關(guān)深冷處理后鈦合金疲勞壽命的研究受到廣泛關(guān)注，Leuders 等 [43] 指出，鈦合金的微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)其疲勞性能起到了決定性的作用。Sotysiak等 [44] 研究表明，經(jīng)深冷處理后，TC4鈦合金的位錯(cuò)數(shù)量顯著增加，這有助于進(jìn)一步提高其疲勞性能。在更為深入的研究中，Sun 等 [45] 對(duì)比了退火后的純鈦與TC4鈦合金在 293 K 和 77 K 溫度下的疲勞性能。研究表明，當(dāng)溫度降至 77 K 時(shí)，在鈦合金中會(huì)形成多種形態(tài)的孿晶結(jié)構(gòu)（如圖 9 所示），這種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)顯著提高了材料的疲勞強(qiáng)度。此外，Singla 等 [46] 研究表明，TC4鈦合金中的初生β相可以經(jīng)深冷處理轉(zhuǎn)化為更細(xì)微的次生α相和β相，這一轉(zhuǎn)變有助于增強(qiáng)材料的抗裂性，從而提高其疲勞性能。丁首斌 [16] 研究表明，經(jīng)過深冷處理的 SLMTC4鈦合金的疲勞循環(huán)次數(shù)顯著優(yōu)于未處理樣本的，尤其是經(jīng)過 96 h 的深冷 處 理 后 ， 其 疲 勞 循 環(huán) 次 數(shù) 提 高 了 130.20%。
圖 9 純鈦深冷處理后的孿晶組織 [45]
Fig.9 Twin crystal microstructure of pure titanium after deep cryogenic treatment [45] :a) before deep cryogenic treatment; b) after deep cryogenic treatment
Greitemeier 等 [47] 和 Huang 等 [20] 則更為具體地探討了EBMTC4鈦合金的疲勞性能。研究發(fā)現(xiàn)，該合金的疲勞性能在很大程度上取決于細(xì)小的片層α相組織，尤其是在深冷處理后，這種片層α相組織的厚度顯著降低，與此同時(shí)，材料的疲勞循環(huán)次數(shù)也明顯提升。
Huang 等 [20] 還進(jìn)一步研究了深冷時(shí)間與 EBMTC4鈦合金疲勞性能的關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)深冷時(shí)間為6~96 h 時(shí)，其疲勞循環(huán)次數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)上升的態(tài)勢，盡管在深冷處理 72 h 后，疲勞循環(huán)次數(shù)相對(duì)于 48 h 時(shí)的有所下降，但仍然比未處理樣本的高出 85.7%（見圖 10）。
圖 10 EBMTC4鈦合金不同深冷時(shí)間下的疲勞循環(huán)次數(shù) [20]
Fig.10 Fatigue cycle numbers of EBMTC4titanium alloy under different deep cryogenic time [20]
5、 深冷處理復(fù)合工藝方法
除了通過深冷處理工藝改善材料性能外，越來越多的研究開始探索深冷與其他處理工藝復(fù)合的方法來優(yōu)化材料性能。Ye 等[48] 提出了深冷激光噴丸（Cryogenic Laser Peening，CLP）強(qiáng)化工藝，該工藝結(jié)合了深冷處理與激光噴丸技術(shù)，在 CLP 處理時(shí)，通過深冷處理對(duì)材料微觀組織的調(diào)整與激光噴丸產(chǎn)生的超高應(yīng)變率塑性變形使材料在微觀層面上形成混合納米孿晶微結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)更高強(qiáng)度和更高延展性的改善效果。費(fèi)愛庚 [49] 將磁場工藝和深冷處理相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過 12 h 磁場深冷處理后，材料的綜合性能達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，通過對(duì)比深冷處理和磁場深冷處理后材料的拉伸性能發(fā)現(xiàn)，磁場處理可以更好地驅(qū)動(dòng)材料中的磁性顆粒重新排列，從而促進(jìn)再結(jié)晶過程，故磁場深冷處理后的TC4鈦合金拉伸性能要優(yōu)于深冷處理的。Amin 等 [50] 提出將滲碳工藝與深冷處理相結(jié)合，可以更好地促進(jìn)材料相變，從而提高材料的力學(xué)性能。
將深冷處理與其他處理工藝相結(jié)合為材料性能優(yōu)化提供了新的途徑，這樣不僅能夠促進(jìn)深冷處理的廣泛應(yīng)用，還有助于進(jìn)一步提高材料的綜合性能。未來，結(jié)合深冷處理與特種加工技術(shù)的研究思路有望開辟新的研究方向，并為材料科學(xué)領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新和突破。
6、 結(jié)論
深冷處理對(duì)鈦合金的力學(xué)性能、微觀組織、殘余應(yīng)力等方面具有積極的影響。深冷處理操作簡單，液氮成本低廉，可以作為傳統(tǒng)熱處理的預(yù)處理或后處理方式，為后續(xù)處理提供了思路。如果使用得當(dāng)，可以顯著提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而在覆蓋了低溫加工額外成本的同時(shí)，依然能夠降低整體加工成本。為促進(jìn)深冷處理技術(shù)的發(fā)展，可以從以下幾個(gè)方面深化深冷處理的研究：
1）工藝。深冷處理作為傳統(tǒng)熱處理的后繼工序，可以與傳統(tǒng)熱處理相結(jié)合。同時(shí)，考慮將新型的后處理手段（如磁場、真空等）與深冷處理配合研究開發(fā)全新的工藝流程。
2）深冷處理工藝手段和方法。經(jīng)深冷處理后，金屬與合金性能在很大程度上受工藝參數(shù)的影響。由于目前深冷工藝控制設(shè)備單一，能夠準(zhǔn)確控制深冷時(shí)間和溫度的設(shè)備成本巨大，實(shí)驗(yàn)參數(shù)難以得到準(zhǔn)確控制，因此，在深冷處理工藝的設(shè)備研發(fā)方面，應(yīng)該加大投入力度與規(guī)模。此外，通過仿真和深度學(xué)習(xí)的方式探究和預(yù)測材料在深冷處理過程中的性能變化，可以極大地降低實(shí)驗(yàn)成本，并提高研究效率。
深冷處理技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用潛力，但還存在許多待探索和挖掘的內(nèi)容。隨著中國工業(yè)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，深冷處理技術(shù)將成為我國高端和精密制造業(yè)的重要支撐，對(duì)提升我國工業(yè)技術(shù)水平具有重大而深遠(yuǎn)的影響。
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