热处理名词简介

1熱處理名詞簡介（1）熱處理設備※電熱爐電熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源，其構造簡單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應用於退火、正常化、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發熱體包括Ni-Cr電熱線（最常見，最高用至1200℃）、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬；非金屬發熱體包括SiC（最常見，最高可加熱至1600℃）、LaCrO3及石墨棒（真空或保護氣氛下可加熱至2000℃）。※燃燒爐燃燒爐使用氣體燃料或液體燃料作為加熱源，熱處理溫度可達800℃至1200℃之間。常見的氣體燃料包括天然氣、液化石油氣及瓦斯等；液體燃料則包括重油、燈油及輕油等。燃燒爐的熱對流效果很好，特別是低溫加熱之均勻性甚佳；但燃燒爐容易產生燃燒噪音、塵粒、硫氧化物及氮氧化物等環境污染物，則是它的主要缺點。※鹽浴爐鹽浴爐設備便宜，加熱速度快，處理件表面氧化程度低，適合小型工件熱處理用。若配合適當的鹽裕，可應用於淬火加熱、滲碳、滲氮、滲硫等表面處理。常用的鹽浴種類包括（1）使用於200℃至500℃的低溫鹽主要以硝酸鹽或亞硝酸鹽；（2）使用在450℃至950℃間的中溫鹽，主要以氯化鈉、氯化鈣及碳酸鈉的混合鹽；（3）使用在950℃至1250℃溫度範圍的高溫鹽則大多以氯化鋇鹽為主。※氣氛爐氣氛爐係在氣密的爐體內，通入適當的氣氛進行各項表面熱處理、滲碳、滲碳氮化及燒結等處理。此類爐具可分為分批式及連續式兩大類，加熱形式則使用電熱、油或燃氣在加熱管內燃燒以進行間接式加熱。※真空爐在真空中加熱工件進行各項熱處理之爐具稱為真空爐，一般的真空度在10-2至10-4mmHg左右，經由真空爐熱處理之工件，可防止鋼材表面氧化、脫碳，具有較佳的表面品質。具有冷卻裝置的真空爐，可在非活性氣體中冷卻或淬火油中進行油淬火，但隨著工件體積的增大，使得熱處理成本會大幅增加。※高週波熱處理裝置高週波熱處理裝置主要是利用感應電流在工件必要的表面部分加熱，並進行必要的淬火、回火等熱處理程序，以獲得表面硬度大而工件心部韌性佳的表面特性。裝置主要包括高頻產生器、加熱線圈及工件運動夾持機構。感應加熱的加熱效率甚高，能在極短的時間內加熱至高溫，並獲得極佳的硬化層；唯此種熱處理技術會受到工件形狀的影響較大，並不是每個工件都適用高週波熱處理技術。※流動床流動床體的基本原理係利用流動的固體微粒（如氧化鋁粉、砂粒）進行加熱或冷卻，它具有高傳熱速率（加熱速度約為一般熱輻射傳導的8倍）及表面清潔作用等雙重優點，可使用於正常化、退火、淬火、沃斯回火及麻回火等熱處理程序。（2）材料測試與觀察※硬化能硬化能（Hardenability）係指鋼材在受某種淬火硬化處理後，能夠被硬化的程度而言，因此亦稱之為『淬火性』。硬化能愈大，代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化的深度愈深，但硬化能大並不代表鋼才能經由淬火而獲得更大的硬度。※影響硬化能因素鋼材的硬化能特性受到下列因素影響：（1）鋼材化學組成；（2）淬火前鋼材沃斯田體晶粒大小；（3）鋼材沃斯田體化溫度（即鋼料之淬火溫度）；（4）其他因素，如碳化物的分布、組成均勻性等均會影響2鋼材硬化能之好壞。※臨界直徑所謂臨界直徑（CriticalDiameter）係指鋼材經某一種淬火方式進行淬火後，中心部位組織恰好形成50%麻田散體時之直徑。一般鋼材可藉由端面淬火曲線得知臨界直徑之大小。※勃氏硬度試驗勃氏硬度試驗主要是利用直徑10mm的鋼球加上不同的荷重，進行硬度性能之測試。對於鋼鐵材料通常使用3000Kgf的荷重，簡記成HB(10/3000)；對於銅、鋁等合金材料通常使用1000Kgf的荷重，簡記成HB(10/1000)；對於輕合金及軟金屬則使用500Kgf的荷重，簡記成HB(10/500)。勃氏硬度試驗會在試片表面造成一個極為明顯的壓痕，因此亦常被視為破壞性試驗；然而，它的硬度值試驗結果較不受鋼材表面銹片的影響，因此硬度值頗具代表性。※洛氏硬度試驗洛氏硬度試驗應用範圍極廣，從極薄的薄片（HRA）至相當大的工件、從較軟的鋁銅合金材料（HRB）至淬火回火鋼材（HRC）均可使用。常用的HRB刻度係使用直徑1/16吋鋼球壓痕器加上100Kg的荷重（10kg的小荷重加上90kg的大荷重）；HRC刻度係使用頂角120°尖端半徑0.2mm的金鋼石圓錐加上150Kg的荷重（10kg的小荷重加上140kg的大荷重）；至於HRA刻度則使用與HRC相同之壓痕器，但荷重為60Kg的荷重（10kg的小荷重加上50kg的大荷重）。※維氏硬度試驗維氏硬度試驗使用對角136°金鋼石方錐當作壓痕器，可藉由壓痕器所造成的壓痕對角線來量測材料硬度值。維氏硬度試驗使用的荷重，依試片軟硬、厚薄之不同從1kg至120kg間選用適當之荷重，但最常用者有10kg、30kg及50kg三種。此種硬度試驗尤其適用在厚度很薄、表面硬化或電鍍等材料。※蕭氏硬度試驗蕭氏硬度試驗不同於前三種硬度試驗方法，係使用下端嵌有金鋼石之圓形小鎚由一定高度落下，衝擊水平式片之表面，以其落下後反彈之高度來決定材料之硬度值。此種試驗法之優點為幾乎不在試片表面留下痕跡、輕巧方便、易於攜帶使用，可應用在大型鑄件等工件；缺點則為鎚端易變形，需隨時注重校正之工作。※抗拉試驗利用拉伸試驗機，來測定鑄件的降伏強度、拉伸強度、伸長率及斷面收縮率等，已明瞭鑄件的基本機械性質。必要時亦可測定鑄件之比例限、彈性限及彈性係數等性能。試驗時，先將試片兩端的固定端點固定在試驗機的上下夾具，選定應變速率後，慢慢施加試驗機的荷重，直至試驗片拉伸斷裂為止，求的降伏點荷重、最大荷重用以計算鑄件材料之降伏強度及拉伸強度。在從斷裂後的試片量測伸長量、從破斷部位的面積分別計算出鑄件之伸長率及斷面收縮率。※衝擊試驗常用的衝擊試驗法包括夏比(Charpy)衝擊試驗法及伊佐(Izod)衝擊試驗法，此試驗主要是要評估材料的韌性質，亦即試片受衝擊破斷，所需要的能量大小稱之為衝擊值。試驗方法係將衝鎚設定在固定位置，將衝擊試片固定於支撐台上，在令衝鎚自由落下衝擊試片，使試片破斷，並紀錄衝鎚的角度。經由衝鎚原始角度及衝擊後角度之度差，我們即可計算出衝斷試片所需要之能量，也就是試片的衝擊值。※金相顯微鏡觀察利用顯微鏡來觀察金屬表面顯微組織的方法，稱為金相顯微觀察法，可分為巨觀及微觀試驗兩種。通常巨觀組織試驗是指使用目視或20倍以下的放大鏡，進行組織觀察的方法，包括硫印法、巨觀浸蝕法、破面檢查法等；微觀組織試驗法通常使用金相顯微鏡進行100倍以上的微細結構觀察。金相顯微鏡觀察的試片通常要先將觀察面研磨成平面，再利用拋光技術將觀察面研磨至鏡面，最後再利用化學溶液浸蝕表面，使觀察面之微細結構顯現出來。※滲透探傷法工業界常使用滲透液及顯像液來檢查熱處理工件淬火裂痕、孔隙等的表層缺陷，依使用之滲透液不同大3致上可分為螢光滲透法及染色滲透法。檢查程序為（1）將工件表面的附著油污除去、洗淨後乾燥；（2）將工件浸漬於滲透液中、或將滲透亦充分塗佈於工件表面；（3）浸漬一段時間後，將附著於工件表面的滲透液洗淨除去；（4）將工件浸漬於顯像液中，若有裂縫等缺陷存在，因毛細管作用使得滲透液從內部被吸出，因此而顯像在工件表面。螢光滲透液則在黑暗處使用紫外光照射進行觀察。※超音波探傷法利用超音波從工件垂直照射進入工件內部，在觀察超音波的衰減狀態及反射波形，即可檢查出工件內部缺陷的位置及大小。主要的設備包括：適當頻率的超音波發振裝置、顯示反射波之裝置、載送或偵測超音波的探頭等。※磁粉探傷試驗利用鋼鐵材料的磁化原理來產生磁力線，進而吸附磁粉形成一條連續磁粉線，以檢查熱處理工件表面淬火微裂痕、孔隙等缺陷。此種試驗法首先需將工件磁化，常用的磁化方法包括通電法、橫貫法、極點法、線圈法及極間法等，因此無法磁化的材料，如18-8不銹鋼、高錳鋼等沃斯田體型鋼材無法使用磁粉探傷法。接下去將磁粉散佈鋪在工件表面，當磁力線集中在裂痕、孔隙等缺陷位置時，會使磁粉浮起或不連續，如此即可檢查出裂痕、孔隙等缺陷之位置。（3）鋼鐵之熱處理※均質退火處理簡稱均質化處理（Homogenization），係利用在高溫進行長時間加熱，使內部的化學成分充分擴散，因此又稱為『擴散退火』。加熱溫度會因鋼材種類有所差異，大鋼錠通常在1200℃至1300℃之間進行均質化處理，高碳鋼在1100℃至1200℃之間，而一般鍛造或軋延之鋼材則在1000℃至1200℃間進行此項熱處理。※完全退火處理完全退火處理係將亞共析鋼加熱至Ac3溫度以上30~50℃、過共析鋼加熱至Ac1溫度以上50℃左右的溫度範圍，在該溫度保持足夠時間，使成為沃斯田體單相組織（亞共析鋼）或沃斯田體加上雪明碳體混合組織後，在進行爐冷使鋼材軟化，以得到鋼材最佳之延展性及微細晶粒組織。※球化退火處理球化退火主要的目的，是希望藉由熱處理使鋼鐵材料內部的層狀或網狀碳化物凝聚成為球狀，使改善鋼材之切削性能及加工塑性，特別是高碳的工具鋼更是需要此種退火處理。常見的球化退火處理包括：（1）在鋼材A1溫度的上方、下方反覆加熱、冷卻數次，使A1變態所析出的雪明碳鐵，繼續附著成長在上述球化的碳化物上；（2）加熱至鋼材A3或Acm溫度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田體後急冷，再依上述方法進行球化處理。使碳化物球化，尚可增加鋼材的淬火後韌性、防止淬裂，亦可改善鋼材的淬火回火後機械性質、提高鋼材的使用壽命。※軟化退火處理軟化退火熱處理的熱處理程序是將工件加熱到600℃至650℃範圍內（A1溫度下方），維持一段時間之後空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度軟化、回復原先之韌性，以便能再進一步加工。此種熱處理方法常在冷加工過程反覆實施，故又稱之為製程退火。大部分金屬在冷加工後，材料強度、硬度會隨著加工量漸增而變大，也因此導致材料延性降低、材質變脆，若需要再進一步加工時，須先經軟化退火熱處理才能繼續加工。※弛力退火處理弛力退火熱處理主要的目的，在於清除因鍛造、鑄造、機械加工或焊接所產生的殘留應力，這種殘存應力常導致工件強度降低、經久變形，並對材料韌性、延展性有不良影響，因此弛力退火熱處理對於尺寸經度要求嚴格的工件、有安全顧慮的機械構件事非常重要的。弛力退火的熱處理程序係將工件加熱到A1點以下的適當溫度，保持一段時間（不需像軟化退火熱處理那麼久）後，徐緩冷卻至室溫。特別需要注意的是，加熱時的速度要緩慢，尤其是大型物件或形狀複雜的工件更要特別注意，否則弛力退火的成效會大打折扣。4※正常化處理正常化熱處理有兩個重要的功用，一是使工件結晶粒微細化而改善材料機械性質；另一個目的是調節軋延或鑄造組織中碳化物的大小或分佈狀態，以利後續熱處理時碳化物容易固溶於材質，以便提昇材料切削性，並使材質均勻化。正常化熱處理的熱處理程序，係將工件加熱至A3（亞共析鋼）或Acm（過共析鋼）點溫度以上30℃至60℃的高溫（此即為正常化溫度）保持一段時間，材質成為均勻沃斯田體後，靜置於空氣中使之冷卻。正常化時間的估算，可以每25mm厚度持溫30分鐘來估算需持溫時間。正常化熱處理又可分為二段正常化、恆溫正常化及二次正常化等多種改良式正常化熱處理。※淬火處理淬火處理的主要目的是將鋼材急速冷卻以便獲得硬度極大的麻田散體組織。鋼的淬火處理有三個要件，缺一不可，分別是：（1）在沃斯田體區域內加熱一段時間（即沃斯田體化）；（2）冷卻時要能避開Ar’（波來體）變態；及（3）使鋼材產生麻田散體或變韌體而硬化。淬火處理可分為兩個程序來實施，一是加熱；一是冷卻。通常加熱溫度又稱為淬火溫度或沃斯田體化溫度，依熱處理鋼材的不同而有所差異。亞共析鋼的淬火溫度在Ac3溫度以上30℃至60℃範圍內，共析鋼及過共析鋼的淬火溫度則是加熱至Ac1溫度以上30℃至60℃溫度範圍內。冷卻時要分兩個階段來冷卻，鋼從加熱爐取出的鋼件，一直冷卻到Ar’’變態前的臨界區域，要盡量迅速冷卻；在Ar’’以下的溫度區域則需採緩慢冷卻的方式，否則易造成鋼材的淬裂或淬火變形，此溫度區域又稱為危險區域。※回火處理一般回火處理常繼在淬火處理之後實施，以便消除淬火處理之不良影響而保留並發揮淬火之功效，其主要目的是使淬火生成的組織