熱處理常見(jiàn)問(wèn)題與解答

1、熱處理常見(jiàn)問(wèn)題與解答1. 淬火常見(jiàn)問(wèn)題與解決技巧Ms點(diǎn)隨C %的增加而降低。淬火時(shí)，過(guò)冷奧氏體開始變態(tài)為馬氏體的溫度稱之為Ms點(diǎn)，變態(tài)完成之溫度稱之為 Mf點(diǎn)。C含量愈高，Ms點(diǎn)溫度愈降低。0.4%C碳鋼 的Ms溫度約為350C左右，而0.8%C碳鋼就降低至約200C左右。2. 淬火液可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?）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(huì)有淬裂及淬火不均勻之現(xiàn)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(zhì)比純水更適合當(dāng)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(diǎn)的發(fā)

2、生。因此淬火處理，不用純水而用混合水之淬火技 術(shù)是很重要的觀念。（3）聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度調(diào)配出由水到油之冷卻速率之淬火液，甚為方便，且又無(wú)火災(zāi)、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(chǎn) 生-76 C之均勻溫度，是很實(shí)用的低溫冷卻液。.硬度與淬火速度之關(guān)聯(lián)性。.只要改變鋼材淬火冷卻速率，就會(huì)獲得不同的硬度值，主要原因是鋼材內(nèi)部生成的組 織不同。當(dāng)冷卻速度較慢時(shí)而經(jīng)過(guò)鋼材的 Ps曲線，此時(shí)奧氏體變態(tài)溫度較高，奧氏體 會(huì)生成波來(lái)體，變態(tài)開始點(diǎn)為 Ps點(diǎn)，變態(tài)終結(jié)點(diǎn)為Pf點(diǎn)，波來(lái)體的硬度較小。若 冷卻速度加快，冷卻

3、曲線不會(huì)切過(guò)Ps曲線時(shí)，則奧氏體會(huì)變態(tài)成硬度較高的馬氏體。 馬氏體的硬度與固溶的碳含量有關(guān)，因此馬氏體的硬度會(huì)隨著C含量之增加而變大，但超過(guò)0.77%C后，馬氏體內(nèi)的碳固溶量已無(wú)明顯增加，其硬度變化亦趨于緩和。3. 淬火與回火冷卻方法之區(qū)別淬火常見(jiàn)的冷卻方式有三種，分別是：（1）連續(xù)冷卻；（2）恒溫冷卻及（3）階段冷 卻。為求淬火過(guò)程降低淬裂的發(fā)生，臨界區(qū)域溫度以上，可使用高于臨界冷卻速率的急速冷卻為宜；進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，使用緩慢冷卻是極為重要的關(guān)鍵技術(shù)。因此，此類冷卻方式施行時(shí)，使用階段冷卻或恒溫冷卻（麻回火）是最適宜的?；鼗鹛幚沓Ｒ?jiàn)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

4、；工具鋼則以徐 冷方式為宜。工具鋼自回火溫度急冷時(shí)，因殘留奧氏體變態(tài)的緣故而易產(chǎn)生裂痕，稱 之為回火裂痕；相同的，合金鋼若采用徐冷的冷卻方式，易導(dǎo)致回火脆性。淬火后，殘留奧氏體的所扮演的角色.淬火后的工件內(nèi)常存在馬氏體與殘留奧氏體， 在常溫放置 一段長(zhǎng)久時(shí)間易引起裂痕的發(fā)生，此乃因殘留奧氏體產(chǎn)生變態(tài)、弓I起膨脹所導(dǎo)致，此 現(xiàn)象尤其再冬天寒冷的氣候下最容易產(chǎn)生。此外，殘留奧氏體另一個(gè)大缺點(diǎn)為硬度太 低，使得工具的切削性劣化?？墒褂蒙罾涮幚泶偈柜R氏體變態(tài)生成，讓殘留奧氏體即 使進(jìn)一步冷卻也無(wú)法再產(chǎn)生變態(tài)；或以外力加工的方式，使不安定的殘留奧氏體變態(tài) 成馬氏體，降低殘留奧氏體對(duì)鋼材特性之影響。4淬火

5、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）淬火溫度或奧氏體化溫度不夠；（2）可能是冷卻速率不足所致；（3）工件 表面若熱處理前就發(fā)生脫碳現(xiàn)象，則工件表面硬化的效果就會(huì)大打折扣；（4） 工件表面有銹皮或黑皮時(shí)，該處的硬度就會(huì)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。5淬裂發(fā)生的原因會(huì)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(huì)產(chǎn)生淬裂，導(dǎo)因于淬火過(guò)程會(huì)產(chǎn)生變態(tài)應(yīng)力，而這個(gè)變態(tài)應(yīng)力與 馬氏體變態(tài)的過(guò)程有關(guān)，通常鋼材并非一開始產(chǎn)生馬氏體變態(tài)即發(fā)生破裂，而是在馬 氏

6、體變態(tài)進(jìn)行約50%寸（此時(shí)溫度約150C左右），亦即淬火即將結(jié)束前發(fā)生。因此淬 火過(guò)程，在高溫時(shí)要急速冷卻，而低溫時(shí)要緩慢冷卻，若能掌握先快后緩的關(guān)鍵， 可將淬火裂痕的情況降至最低。6過(guò)熱容易產(chǎn)生淬火裂痕.加熱超過(guò)是當(dāng)?shù)拇慊饻囟?00C以上，稱之為過(guò)熱。過(guò)熱時(shí)，奧氏體之結(jié)晶顆粒變得 粗大化，導(dǎo)致淬火后生成粗大的馬氏體而脆化， 易使針狀馬氏體之主干出現(xiàn)橫裂痕（此 稱為馬氏體裂痕），此裂痕極易發(fā)展成淬火裂痕。因此，當(dāng)您的工件在奧氏體化溫度時(shí)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)，后續(xù)的淬火、冷卻均無(wú)法阻止淬裂的產(chǎn)生，故有人把過(guò)熱 稱為發(fā)生淬火裂痕的元兇。7淬火前的組織會(huì)影響淬火裂痕？.淬火前的組織當(dāng)然會(huì)影響淬火的成敗。最

7、正常的前組織應(yīng)該是正?；M織或退火組織（波來(lái)體結(jié)構(gòu)），若淬火前組織為過(guò)熱組織、球狀化組織均會(huì)有不同的結(jié)果。過(guò)熱組織易產(chǎn)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(shù)之一。此時(shí)可施以球狀化退火 或調(diào)質(zhì)球狀化處理以獲得球狀碳化物。碳化物若以網(wǎng)狀組織存在，則容易由該處發(fā)生 淬火裂痕。8淬火零件因常溫放置引起之瑕疵淬火后的零件，若長(zhǎng)時(shí)間放置在室溫，可能發(fā)生擱置裂痕及擱置變形兩種缺陷。擱置 裂痕又稱為時(shí)效裂痕，尤其在冬天寒冷的夜晚，隨溫度之下降導(dǎo)致殘留奧氏體變態(tài)為 馬氏體，使裂痕因此而產(chǎn)生，又稱之為夜泣裂痕。擱置變形又稱之為時(shí)效變形，

8、乃淬 火工件放置于室溫引起尺寸形狀變化之現(xiàn)象，大多導(dǎo)因于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奧氏體（實(shí)施深冷 處理）。接著實(shí)施200C 250C的回火處理使馬氏體安定化。9回火常見(jiàn)問(wèn)題與解決技巧100C 熱水回火之優(yōu)點(diǎn)低溫回火常使用180C至200 C左右來(lái)回火，使用油煮回火。其實(shí)若使用100C的熱水來(lái)進(jìn)行回火，會(huì)有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：（1） 100C的回火可以減少磨裂的發(fā)生；（2）100C回火可使工件硬度稍增，改善耐磨性；（3） 100C的熱水回火可降低急速加熱所產(chǎn)生裂痕的機(jī)會(huì)；（4）進(jìn)行深冷處理時(shí)，降低工件發(fā)生深冷裂痕的機(jī)率， 對(duì)殘留奧氏體有緩沖

9、作用，增加材料強(qiáng)韌性；（5）工件表面不會(huì)產(chǎn)生油焦，表面硬度 稍低，適合磨床研磨加工，亦不會(huì)產(chǎn)生油煮過(guò)熱干燒之現(xiàn)象。10 二次硬化之高溫回火處理 對(duì)于工具鋼而言，殘留應(yīng)力與殘留奧氏體均對(duì)鋼材有著不良的影響，浴消除之就要進(jìn) 行高溫回火處理或低溫回火。高溫回火處理會(huì)有二次硬化現(xiàn)象，以SKD11而言，530C 回火所得鋼材硬度較200C低溫回火稍低，但耐熱性佳，不會(huì)產(chǎn)生時(shí)效變形，且能改善 鋼材耐熱性，更可防止放電加工之加工變形，益處甚多。.在300 C左右進(jìn)行回火處理，為何會(huì)產(chǎn)生脆化現(xiàn)象？.部分鋼材在約270C至300C左右進(jìn)行回火處理時(shí)，會(huì)因殘留奧氏體的分解，而在結(jié) 晶粒邊界上析出碳化物，導(dǎo)致回火脆

10、性。二次硬化工具鋼當(dāng)加熱至500C600C之間時(shí) 才會(huì)引起分解，在 300 C并不會(huì)引起殘留奧氏體的分解，故無(wú)300 C脆化的現(xiàn)象產(chǎn)生。11回火產(chǎn)生之回火裂痕以淬火之鋼鐵材料經(jīng)回火處理時(shí)，因急冷、急熱或組織變化之故而產(chǎn)生之裂痕，稱之 為回火裂痕。常見(jiàn)之高速鋼、SKD11模具鋼等回火硬化鋼在高溫回火后急冷也會(huì)產(chǎn)生。 此類鋼材在第一次淬火時(shí)產(chǎn)生第一次馬氏體變態(tài)，回火時(shí)因淬火產(chǎn)生第二次馬氏體變 態(tài)（殘留奧氏體變態(tài)成馬氏體），而產(chǎn)生裂痕。因此要防止回火裂痕，最好是自回火溫度作徐徐冷卻，同時(shí)淬火再回火的作業(yè)中，亦應(yīng)避免提早提出回火再急冷的熱處 理方式。12回火產(chǎn)生之回火脆性可分為300 C脆性及回火徐冷

11、脆性兩種。所謂300 C脆性系指部分鋼材在約 270 C至300 C左右進(jìn)行回火處理時(shí)，會(huì)因殘留奧氏體的分解，而在結(jié)晶粒邊界上析出碳化物，導(dǎo)致回火脆性。所謂回火徐冷脆性系指自回火溫度 (500C 600C)徐冷時(shí)出現(xiàn)之脆性， Ni-Cr鋼頗為顯著?；鼗鹦炖浯嘈?，可自回火溫度急冷加以防止，根據(jù)多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果 顯示，機(jī)械構(gòu)造用合金鋼材，自回火溫度施行空冷，以10C /min 以上的冷卻速率，就不會(huì)產(chǎn)生回火徐冷脆性。13高周波淬火常見(jiàn)之問(wèn)題高周波淬火處理常見(jiàn)的缺陷有淬火裂痕、軟點(diǎn)及剝離三項(xiàng)。高周波淬火最忌諱加熱不 均勻而產(chǎn)生局部區(qū)域的過(guò)熱現(xiàn)象，諸如工件銳角部位、鍵槽部位、孔之周圍等均十分 容易引起過(guò)熱

12、，而導(dǎo)致淬火裂痕的發(fā)生，上述情形可藉由填充銅片加以降低淬火裂痕 發(fā)生的可能性。另外高周波淬火工件在淬火過(guò)程不均勻，會(huì)引起工件表面硬度低的缺 點(diǎn)，稱之為軟點(diǎn)，此現(xiàn)象系由于高周波淬火溫度不均勻、噴水孔阻塞或孔的大小與數(shù) 目不當(dāng)所致。第三種會(huì)產(chǎn)生的缺失是表面剝離現(xiàn)象，主要原因?yàn)榻孛娴挠捕茸兓看?或硬化層太淺，因此常用預(yù)熱的方式來(lái)加深硬化層，可有效防止剝離現(xiàn)象。14 不銹鋼為何不能在500C 至650C 間進(jìn)行回火處理？大部分的不銹鋼在固溶化處理后，若在 475C至500C之間長(zhǎng)時(shí)間持溫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生硬度 加大、脆性亦大增的現(xiàn)象，此稱之為 475C脆化，主要原因有多種說(shuō)法，包括相分解、 晶界上有含鉻碳化

13、物的析出及 Fe-Cr化合物形成等，使得常溫韌性大減，且耐蝕性亦 甚差，一般不銹鋼的熱處理應(yīng)避免常時(shí)間持溫在這個(gè)溫度范圍。另外在600C至700C之間長(zhǎng)時(shí)間持溫，會(huì)產(chǎn)生s相的析出，此s相是Fe-Cr金屬間化合物，不但質(zhì)地硬且 脆，還會(huì)將鋼材內(nèi)部的鉻元素大量耗盡，使不銹鋼的耐蝕性與韌性均降低。15為何會(huì)產(chǎn)生回火變形？會(huì)產(chǎn)生回火變形的主要原因?yàn)榛鼗鸫慊鹬H產(chǎn)生的殘留硬力或組織變化導(dǎo)致，亦即因 回火使張應(yīng)力消除而收縮、壓應(yīng)力的消除而膨脹，包括回火初期析出e碳化物會(huì)有若干收縮、雪明碳鐵凝聚過(guò)程會(huì)大量收縮、殘留沃斯田鐵變態(tài)成麻田散鐵會(huì)膨脹、殘留 沃斯田鐵變態(tài)成變韌鐵會(huì)膨脹等，導(dǎo)致回火后工件的變形。防止的

14、方法包括：(1) 實(shí) 施加壓回火處理；（2） 利用熱浴或空氣淬火等減少殘留應(yīng)力；（3）用機(jī)械加工方 式矯正及（4）預(yù)留變形量等方式。16回火淬性的種類（1）270 C 350C脆化：又稱為低溫回火淬性，大多發(fā)生在碳鋼及低合金鋼。（2）400C 550C脆化：通常構(gòu)造用合金鋼再此溫度范圍易產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。（3） 475 C脆化：特別指Cr含量超過(guò)13%勺肥粒鐵系不銹鋼，在400C 至550C 間施以回火處理時(shí)，產(chǎn)生硬度增加而脆化的現(xiàn)象，在475 C左右特別顯 著。（4）500C 570C脆化：常見(jiàn)于加工工具鋼、高速鋼等材料，在此溫度會(huì)析出碳化物，造成二次硬化，但也會(huì)導(dǎo)致脆性的提高。17 退火常見(jiàn)問(wèn)

15、題與解決技巧工件如何獲得性能優(yōu)異之微細(xì)波來(lái)體結(jié)構(gòu)？退火處理會(huì)使鋼材變軟，淬火處理會(huì)使鋼材變硬，相比較之下，如施以正常化處理，則可獲得層狀波來(lái)鐵組織，可有效改善鋼材的切削性及耐磨性，同時(shí)又兼具不 會(huì)產(chǎn)生裂痕、變形量少與操作方便等優(yōu)點(diǎn)。然而正常化處理是比較難的一種熱處理技 術(shù)，因?yàn)樗捎每绽涞姆绞嚼鋮s，會(huì)受到許多因素而影響空冷效果，例如夏天和冬天 之冷卻效果不同、工件大小對(duì)空冷速率有別、甚至風(fēng)吹也會(huì)影響冷卻速率。因此正常 化處理要使用各種方法來(lái)維持均一性，可利用遮陽(yáng)、圍幕、坑洞、風(fēng)扇等。18 正?；幚砼c退火處理之差異正?；幚砭S加熱至A3點(diǎn)或Acm點(diǎn)以上40 60C保持一段時(shí)間，使鋼材組織變成

16、均勻的奧氏體結(jié)構(gòu)后，在靜止的空氣中冷卻至室溫的熱處理程序。對(duì)亞共析鋼而言，可獲得晶粒細(xì)化的目的而擁有好的強(qiáng)度與韌性；對(duì)過(guò)共析鋼而言，則可防止雪明碳鐵 在沃斯田鐵晶粒邊界上形成網(wǎng)狀析出，以降低材料的韌性。完全退火處理主要目的是要軟化鋼材、改善鋼材之切削性，其熱處理程序?yàn)榧訜嶂罙3點(diǎn)以上2030C（亞共析鋼）或A1點(diǎn)以上3050C持溫一段時(shí)間，使形成完全 奧氏體組織后（或奧氏體加雪明碳體組織），在 A1點(diǎn)下方50C使充分發(fā)生波來(lái)體變 態(tài)，獲至軟化的鋼材。另外應(yīng)力消除退火則是在變態(tài)點(diǎn)以下 450650C加熱一段時(shí)間后 徐徐冷卻至室溫，可消除鋼材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過(guò)程所產(chǎn)生的殘留應(yīng) 力。19

17、如何消除工件之殘留應(yīng)力？應(yīng)力消除退火則是在變態(tài)點(diǎn)以下 450650C加熱一段時(shí)間后徐徐冷卻至室溫，可消除鋼 材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過(guò)程所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力。對(duì)碳鋼而言，參考的加熱 溫度為625 25C;對(duì)合金鋼而言，參考的加熱溫度為 700士 25C。持溫時(shí)間亦會(huì)有所 差異，對(duì)碳鋼而言，保持時(shí)間為每 25mm厚度持溫1小時(shí)；對(duì)合金鋼而言，保持時(shí) 間為每25mm厚度持溫2 小時(shí)，冷卻速率為每后25mm以275 C/小時(shí)以下的冷卻 速率冷卻之。20如何預(yù)防加熱變形？預(yù)防加熱變形的發(fā)生，最好是緩慢加熱，并實(shí)施預(yù)熱處理。一般鋼材在選擇預(yù)熱溫度時(shí)，可依下列準(zhǔn)則來(lái)選定預(yù)熱溫度：（1）以變態(tài)點(diǎn)以下作為預(yù)

18、熱溫度，例如普通鋼約在650700C，高速鋼則在800850C左右。（2）以500C左右作為預(yù)熱溫度。（3） 二段式預(yù)熱，先在500C左右作第一段預(yù)熱，保持一段時(shí)間充分預(yù)熱后，在將預(yù)熱溫度 調(diào)高至A1變態(tài)點(diǎn)以下。（4）三段式預(yù)熱，針對(duì)含有高含量合金之大型鋼材，例如高 速鋼，有時(shí)需要在10001050C作第三段預(yù)熱。21滲碳氮化常見(jiàn)問(wèn)題與解決技巧氮化表面硬度或深度不夠（1）可能是鋼料化學(xué)成分不適合作氮化處理（2）可能是氮化處理前的組織不適合（3）可能是氮化溫度過(guò)高或太低（4）爐中之溫度或流氣不均勻（5）氨氣的流量不足（6）滲氮的時(shí)間不夠長(zhǎng)22氮化工件彎曲很厲害（1）氮化前的弛力退火處理沒(méi)有做好（2）工件幾何曲線設(shè)計(jì)不良，例如不對(duì)稱、厚薄變化太大等因素（3）氮化中被處理的工件放置方法不對(duì)（4）被處理工件表面性質(zhì)不均勻，例如清洗不均或表面溫度不均等因素23氮化工件發(fā)生龜裂剝離現(xiàn)象（1）氨的分解率超過(guò)85%可能發(fā)生此現(xiàn)象 （2）滲氮處理前工件表面存在脫碳層（3）工件設(shè)計(jì)有明顯的銳角存在（4）白層太厚時(shí)24氮化工件的白層過(guò)厚（1）滲氮處理的溫度太低（2）氨的分解率低于15%寸，可能發(fā)生此現(xiàn)象（3）在冷卻過(guò)程不恰當(dāng)25氮化處理時(shí)之氨分解率不穩(wěn)定（1）分解率測(cè)定器管路漏氣（2）滲氮處理時(shí)裝入爐內(nèi)的工件太少（3）爐中壓力變化導(dǎo)致氨氣流量改變（4）觸