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熱處理常見問題與解答之淬火篇

閱讀：2039發布時間：2019-11-25

熱處理常見問題與解答之淬火篇

一、Ms點隨C%的增加而降低
淬火時，過冷奧氏體開始Z為馬氏體的溫度稱之為Ms點，轉變完成溫度稱之為Mf點。%C含量愈高，Ms點溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約為350℃左右，而0.8%C碳鋼就降低至約200℃左右。

二、淬火液可添加適當的添加劑
（1）水中加入食鹽可使冷卻速率加倍：鹽水淬火之冷卻速率快，且不會有淬裂及淬火不均勻之現象，可稱是理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。
（2）水中有雜質比純水更適合當淬火液：水中加入固體微粒，有助于工件表面之洗凈作用，破壞蒸氣膜作用，使得冷卻速度增加，可防止淬火斑點的發生。因此淬火處理，不用純水而用混合水之淬火技術是很重要的觀念。
（3）聚合物可與水調配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度調配出由水到油之冷卻速率之淬火液，甚為方便，且又無火災、污染及其它公害之虞，頗具前瞻性。
（4）干冰加乙醇可用于深冷處理容液：將干冰加入乙醇中可產生-76℃之均勻溫度，是很實用的低溫冷卻液。

三、硬度與淬火速度之關聯性
只要改變鋼材淬火冷卻速率，就會獲得不同的硬度值，主要原因是鋼材內部生成的組織不同。當冷卻速度較慢時而經過鋼材的Ps曲線，此時奧氏體轉變溫度較高，奧氏體會生成珠光體，轉變開始點為Ps點，轉變終結點為Pf點，珠光體的硬度較小。若冷卻速度加快，冷卻曲線不會切過Ps曲線時，則奧氏體會轉變成硬度較高的馬氏體。馬氏體的硬度與固溶的碳含量有關，因此馬氏體的硬度會隨著%C含量之增加而變大，但超過0.77%C后，馬氏體內的碳固溶量已無明顯增加，其硬度變化亦趨于緩和。

四、淬火與回火冷卻方法之區別
淬火常見的冷卻方式有三種，分別是：（1）連續冷卻；（2）恒溫冷卻及（3）階段冷卻。為求淬火過程降低淬裂的發生，臨界區域溫度以上，可使用高于臨界冷卻速率的急速冷卻為宜；進入危險區域時，使用緩慢冷卻是極為重要的關鍵技術。因此，此類冷卻方式施行時，使用階段冷卻或恒溫冷卻（麻回火）是適宜的。

回火處理常見的冷卻方式包括急冷和緩冷兩種冷卻方法，其中合金鋼一般使用急冷；工具鋼則以緩冷方式為宜。工具鋼自回火溫度急冷時，因殘留奧氏體轉變的緣故而易產生裂紋，稱之為回火裂紋；相同的，合金鋼若采用緩冷的冷卻方式，易導致回火脆性。

五、淬火后，殘留奧氏體所扮演的角色
淬火后的工件內常存在馬氏體與殘留奧氏體，在常溫放置一段長久時間易引起裂紋的發生，此乃因殘留奧氏體產生轉變、引起膨脹所導致，此現象尤其再冬天寒冷的氣候下容易產生。此外，殘留奧氏體另一個大缺點為硬度太低，使得工具的切削性劣化。可使用深冷處理促使馬氏體轉變生成，讓殘留奧氏體即使進一步冷卻也無法再產生轉變；或以外力加工的方式，使不安定的殘留奧氏體成馬氏體組織，降低殘留奧氏體組織對鋼材特性之影響。

六、淬火處理后硬度不足的原因
淬火的目的在使鋼材表面獲得滿意的硬度，若硬度值不理想，則可能是下列因素所造成：（1）淬火溫度或馬氏體化溫度不夠；（2）可能是冷卻速率不足所致；（3）工件表面若熱處理前就發生脫碳現象，則工件表面硬化的效果就會大打折扣；（4）工件表面有銹皮或黑皮時，該處的硬度就會明顯不足，因此宜先使用珠擊法將工件表面清除干凈后，再施以淬火處理。

七、淬裂發生的原因
會影響淬裂的主要原因包括：工件的大小與形狀、碳含量高低、冷卻方式及前處理方法等。鋼鐵熱處理會產生淬裂，導因于淬火過程會產生轉變應力，而這個轉變應力與馬氏體組織轉變的過程有關，通常鋼材并非一開始產生馬氏體轉變即發生破裂，而是在馬氏體組織轉變進行約50%時（此時溫度約150℃左右），亦即淬火即將結束前發生。因此淬火過程，在高溫時要急速冷卻，而低溫時要緩慢冷卻，若能掌握『先快后緩』的關鍵，可將淬火裂紋的情況降至低。

八、過熱容易產生淬火裂痕
加熱超過適當的淬火溫度100℃以上，稱之為過熱。過熱時，奧氏體的結晶顆粒變得粗大化，導致淬火后生成粗大的馬氏體而脆化，易使針狀馬氏體的主干出現橫向裂紋（此稱為馬氏體裂紋），此裂紋極易發展成淬火裂紋。因此，當您的工件在奧氏體化溫度時產生過熱現象時，后續的淬火、冷卻均無法阻止淬裂的產生，故有人把『過熱』稱為發生淬火裂紋的元兇。

九、淬火前的組織會影響淬火裂痕？
淬火前的組織當然會影響淬火的成敗。正常的前組織應該是正常化組織或退火組織（波來體結構），若淬火前組織為過熱組織、球狀化組織均會有不同的結果。過熱組織易產生淬火裂紋，球狀化組織則可以均勻淬硬而避免淬裂及淬彎，因此工具鋼或高碳鋼在淬火前，可施行球狀化處理已是淬火重要技術之一。此時可施以球狀化退火或調質球狀化處理以獲得球狀碳化物。碳化物若以網狀組織存在，則容易由該處發生淬火裂紋。

十、淬火零件因常溫放置引起之瑕疵
淬火后的零件，若長時間放置在室溫，可能發生擱置裂紋及擱置變形兩種缺陷。擱置裂紋又稱為時效裂紋，尤其在冬天寒冷的夜晚，隨溫度之下降導致殘留奧氏體轉變為馬氏體，使裂紋因此而產生，又稱之為夜泣裂紋（時效裂紋）。擱置變形又稱之為時效變形，乃淬火工件放置于室溫引起尺寸形狀變化之現象，大多原因是回火處理不*所致。為防止擱置變形，需讓鋼材組織穩定化，因此首先要消除不穩定的殘留奧氏體組織（實施深冷處理）。接著實施200℃~250℃的回火處理使馬氏體組織穩定化。

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