淬火常見問題與解決方法

淬火常見問題與解決方法
Ms點隨C%的增加而降低 

淬火時，過冷沃斯田體開始變態為麻田散體的溫度稱之為Ms點，變態完成之溫度稱之為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。

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，可稱是最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，有助於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、污染及其他公害之虞，頗具前瞻性。

（4）乾冰加乙醇可用於深冷處理容液：將乾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。

 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，此時沃斯田體變態溫度較高，沃斯田體會生成波來體，變態開始點為Ps點，變態終結點為Pf點，波來體的硬度較小。若冷卻速度加快，冷卻曲線不會切過Ps曲線時，則沃斯田體會變態成硬度較高的麻田散體。麻田散體的硬度與固溶的碳含量有關，因此麻田散體的硬度會隨著%C含量之增加而變大，但超過0.77%C后，麻田散體內的碳固溶量已無明顯增加，其硬度變化亦趨於緩和。

 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）恆溫冷卻及（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，可使用高於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，使用階段冷卻或恆溫冷卻（麻回火）是最適宜的。

 回火處理常見的冷卻方式包括急冷和徐冷兩種冷卻方法，其中合金鋼一般使用急冷；工具鋼則以徐冷方式為宜。工具鋼自回火溫度急冷時，因殘留沃斯田體變態的緣故而易產生裂痕，稱之為回火裂痕；相同的，合金鋼若採用徐冷的冷卻方式，易導致回火脆性。

 淬火后，殘留沃斯田體的所扮演的角色

淬火后的工件內常存在麻田散體與殘留沃斯田體，在常溫放置一段長久時間易引起裂痕的發生，此乃因殘留沃斯田體產生變態、引起膨脹所導致，此現象尤其再冬天寒冷的氣候下最容易產生。此外，殘留沃斯田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麻田散體變態生成，讓殘留沃斯田體即使進一步冷卻也無法再產生變態；或以外力加工的方式，使不安定的殘留沃斯田體變態成麻田散體，降低殘留沃斯田體對鋼材特性之影響。

 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）淬火溫度或沃斯田體化溫度不夠；（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乾凈后，再施以淬火處理。

 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，導因於淬火過程會產生變態應力，而這個變態應力與麻田散體變態的過程有關，通常鋼材并非一開始產生麻田散體變態即發生破裂，而是在麻田散體變態進行約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，可將淬火裂痕的情況降至最低。

 過熱容易產生淬火裂痕

加熱超過是當的淬火溫度100℃以上，稱之為過熱。過熱時，沃斯田體之結晶顆粒變得粗大化，導致淬火后生成粗大的麻田散體而脆化，易使針狀麻田散體之主干出現橫裂痕（此稱為麻田散體裂痕），此裂痕極易發展成淬火裂痕。因此，當您的工件在沃斯田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』稱為發生淬火裂痕的元兇。

 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。最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痕，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痕。

 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，可能發生擱置裂痕及擱置變形兩種缺陷。擱置裂痕又稱為時效裂痕，尤其在冬天寒冷的夜晚，隨溫度之下降導致殘留沃斯田體變態為麻田散體，使裂痕因此而產生，又稱之為夜泣裂痕。擱置變形又稱之為時效變形，乃淬火工件放置於室溫引起尺寸形狀變化之現象，大多導因於回火處理不完全所致。為防止擱置變形，需讓鋼材組織安定化，因此首先要消除不安定之殘留沃斯田體（實施深冷處理）。接著實施200℃~250℃的回火處理使麻田散體安定化。

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