熱處理人必看的熱處理常見問題及其解答

2019-01-02 00:00:00    來源：高頻感應加熱設備    點擊：2381    喜歡：0

1.淬火常見問題與解決技巧  

Ms點隨C %的增加而降低。淬火時，過冷奧氏體開始變態(tài)為馬氏體的溫度稱之為Ms 點，變態(tài)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。  

2.淬火液可添加適當?shù)奶砑觿?/span>   

（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(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(fā)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(chǎn)生-76℃之均勻溫度，是很實用的低溫冷卻液。  

3.淬火與回火冷卻方法之區(qū)別 

淬火常見的冷卻方式有三種，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；進入危險區(qū)域時，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，使用階段冷卻或恒溫冷卻（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，在常溫放置一段長久時間易引起裂痕的發(fā)生，此乃因殘留奧氏體產(chǎn)生變態(tài)、引起膨脹所導致，此現(xiàn)象尤其再冬天寒冷的氣候下最容易產(chǎn)生。此外，殘留奧氏體另一個大缺點為硬度太低，使得工具的切削性劣化?？墒褂蒙罾涮幚泶偈?/span>馬氏體變態(tài)生成，讓殘留奧氏體即使進一步冷卻也無法再產(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，降低殘留奧氏體對鋼材特性之影響。  

4.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。 

5.淬裂發(fā)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(chǎn)生淬裂，導因于淬火過程會產(chǎn)生變態(tài)應力，而這個變態(tài)應力與馬氏體變態(tài)的過程有關(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，而是在馬氏體轉(zhuǎn)變進行約50%時（此時溫度約150℃左右），亦即淬火即將結(jié)束前發(fā)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(guān)鍵，可將淬火裂痕的情況降至最低。

6.過熱容易產(chǎn)生淬火裂痕

加熱超過適當?shù)拇慊饻囟?00℃以上，稱之為過熱。過熱時，奧氏體之結(jié)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，當您的工件在奧氏體化溫度時產(chǎn)生過熱現(xiàn)象時，后續(xù)的淬火、冷卻均無法阻止淬裂的產(chǎn)生，故有人把『過熱』稱為發(fā)生淬火裂痕的元兇。

7.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?；M織或退火組織（波來體結(jié)構(gòu)），若淬火前組織為過熱組織、球狀化組織均會有不同的結(jié)果。過熱組織易產(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，若長時間放置在室溫，可能發(fā)生擱置裂痕及擱置變形兩種缺陷。擱置裂痕又稱為時效裂痕，尤其在冬天寒冷的夜晚，隨溫度之下降導致殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>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效變形，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（實施深冷處理）。接著實施200℃~250℃的回火處理使馬氏體安定化。 

9.回火常見問題與解決技巧  

100℃ 熱水回火之優(yōu)點  

低溫回火常使用180℃至200℃左右來回火，使用油煮回火。其實若使用100℃的熱水來進行回火，會有許多優(yōu)點，包括：（1）100℃的回火可以減少磨裂的發(fā)生；（2）100℃回火可使工件硬度稍增，改善耐磨性；（3）100℃的熱水回火可降低急速加熱所產(chǎn)生裂痕的機會；（4）進行深冷處理時，降低工件發(fā)生深冷裂痕的機率，對殘留奧氏體有緩沖作用，增加材料強韌性；（5）工件表面不會產(chǎn)生油焦，表面硬度稍低，適合磨床研磨加工，亦不會產(chǎn)生油煮過熱干燒之現(xiàn)象。  

10.二次硬化之高溫回火處理  

對于工具鋼而言，殘留應力與殘留奧氏體均對鋼材有著不良的影響，浴消除之就要進行高溫回火處理或低溫回火。高溫回火處理會有二次硬化現(xiàn)象，以SKD11而言，530℃回火所得鋼材硬度較200℃低溫回火稍低，但耐熱性佳，不會產(chǎn)生時效變形，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。

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，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。常見之高速鋼、SKD11 模具鋼等回火硬化鋼在高溫回火后急冷也會產(chǎn)生。此類鋼材在第一次淬火時產(chǎn)生第一次馬氏體變態(tài)，回火時因淬火產(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，同時淬火再回火的作業(yè)中，亦應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℃脆性及回火徐冷脆性兩種。所謂300℃脆性系指部分鋼材在約270℃至300 ℃左右進行回火處理時，會因殘留奧氏體的分解，而在結(jié)晶粒邊界上析出碳化物，導致回火脆性。所謂回火徐冷脆性系指自回火溫度（500℃~600℃）徐冷時出現(xiàn)之脆性，Ni-Cr鋼頗為顯著?；鼗鹦炖浯嘈裕勺曰鼗饻囟燃崩浼右苑乐?，根據(jù)多種實驗結(jié)果顯示，機械構(gòu)造用合金鋼材，自回火溫度施行空冷，以10℃/min 以上的冷卻速率，就不會產(chǎn)生回火徐冷脆性。

13.高周波淬火常見之問題 

高周波淬火處理常見的缺陷有淬火裂痕、軟點及剝離三項。高周波淬火最忌諱加熱不均勻而產(chǎn)生局部區(qū)域的過熱現(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熱，而導致淬火裂痕的發(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程不均勻，會引起工件表面硬度低的缺點，稱之為軟點，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)目不當所致。第三種會產(chǎn)生的缺失是表面剝離現(xiàn)象，主要原因為截面的硬度變化量大或硬化層太淺，因此常用預熱的方式來加深硬化層，可有效防止剝離現(xiàn)象。 

14.不銹鋼為何不能在500℃ 

至650℃間進行回火處理？大部分的不銹鋼在固溶化處理后，若在475℃至500℃之間長時間持溫時，會產(chǎn)生硬度加大、脆性亦大增的現(xiàn)象，此稱之為475℃脆化，主要原因有多種說法，包括相分解、晶界上有含鉻碳化物的析出及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避免常時間持溫在這個溫度范圍。另外在600℃至700℃之間長時間持溫，會產(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.為何會產(chǎn)生回火變形？ 

會產(chǎn)生回火變形的主要原因為回火淬火之際產(chǎn)生的殘留硬力或組織變化導致，亦即因回火使張應力消除而收縮、壓應力的消除而膨脹，包括回火初期析出e碳化物會有若干收縮、雪明碳鐵凝聚過程會大量收縮、殘留沃斯田鐵變態(tài)成麻田散鐵會膨脹、殘留沃斯田鐵變態(tài)成變韌鐵會膨脹等，導致回火后工件的變形。防止的方法包括：（1）實施加壓回火處理；（2）利用熱浴或空氣淬火等減少殘留應力；（3）用機械加工方式矯正及（4）預留變形量等方式。  

16.回火淬性的種類  

（1）270℃~350℃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）400℃~550℃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℃脆化：特別指Cr含量超過13%的肥粒鐵系不銹鋼，在400℃至550℃間施以回火處理時，產(chǎn)生硬度增加而脆化的現(xiàn)象，在475℃左右特別顯著。（4）500℃~570℃脆化：常見于加工工具鋼、高速鋼等材料，在此溫度會析出碳化物，造成二次硬化，但也會導致脆性的提高。  

17.退火常見問題與解決技巧   

工件如何獲得性能優(yōu)異之微細波來體結(jié)構(gòu)？

退火處理會使鋼材變軟，淬火處理會使鋼材變硬，相比較之下，如施以『正常化』處理，則可獲得層狀波來鐵組織，可有效改善鋼材的切削性及耐磨性，同時又兼具不會產(chǎn)生裂痕、變形量少與操作方便等優(yōu)點。然而正?；幚硎潜容^難的一種熱處理技術(shù)，因為它采用空冷的方式冷卻，會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、工件大小對空冷速率有別、甚至風吹也會影響冷卻速率。因此正常化處理要使用各種方法來維持均一性，可利用遮陽、圍幕、坑洞、風扇等。

18.正常化處理與退火處理之差異 

正?；幚砭S加熱至A3點或Acm點以上40~60℃保持一段時間，使鋼材組織變成均勻的奧氏體結(jié)構(gòu)后，在靜止的空氣中冷卻至室溫的熱處理程序。對亞共析鋼而言，可獲得晶粒細化的目的而擁有好的強度與韌性；對過共析鋼而言，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，其熱處理程序為加熱至A3點以上20~30℃（亞共析鋼）或A1點以上30~50℃持溫一段時間，使形成完全奧氏體組織后（或奧氏體加雪明碳體組織），在A1點下方50℃使充分發(fā)生波來體變態(tài)，獲至軟化的鋼材。另外應力消除退火則是在變態(tài)點以下450~650℃加熱一段時間后徐徐冷卻至室溫，可消除鋼材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過程所產(chǎn)生的殘留應力。

19.如何消除工件之殘留應力？  

應力消除退火則是在變態(tài)點以下450~650℃加熱一段時間后徐徐冷卻至室溫，可消除鋼材內(nèi)部在切削、沖壓、鑄造、熔接過程所產(chǎn)生的殘留應力。對碳鋼而言，參考的加熱溫度為625±25℃；對合金鋼而言，參考的加熱溫度為700±25℃。持溫時間亦會有所差異，對碳鋼而言，保持時間為每25mm厚度持溫1小時；對合金鋼而言，保持時間為每25mm 厚度持溫2小時，冷卻速率為每后25mm以275 ℃/小時以下的冷卻速率冷卻之。20 如何預防加熱變形？預防加熱變形的發(fā)生，最好是緩慢加熱，并實施預熱處理。一般鋼材在選擇預熱溫度時，可依下列準則來選定預熱溫度：（1）以變態(tài)點以下作為預熱溫度，例如普通鋼約在650~700℃，高速鋼則在800~850℃左右。（2）以500℃左右作為預熱溫度。（3）二段式預熱，先在500℃左右作第一段預熱，保持一段時間充分預熱后，在將預熱溫度調(diào)高至A1 變態(tài)點以下。（4）三段式預熱，針對含有高含量合金之大型鋼材，例如高速鋼，有時需要在1000~1050℃作第三段預熱。 

21.滲碳氮化常見問題與解決技巧 

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）滲氮的時間不夠長

22.氮化工件彎曲很厲害  

（1）氮化前的弛力退火處理沒有做好

（2）工件幾何曲線設計不良，例如不對稱、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

（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）工件設計有明顯的銳角存在 

（4）白層太厚時  

24.氮化工件的白層過厚

（1）滲氮處理的溫度太低

（2）氨的分解率低于15%時，可能發(fā)生此現(xiàn)象

（3）在冷卻過程不恰當  

25.氮化處理時之氨分解率不穩(wěn)定 

（1）分解率測定器管路漏氣

（2）滲氮處理時裝入爐內(nèi)的工件太少

（3）爐中壓力變化導致氨氣流量改變

（4）觸媒作用不當  

26.工件需進行機械加工處如何防止?jié)B碳？  

（1）鍍銅法，鍍上厚度20mm 以上的銅層 

（2）涂敷涂敷劑后干燥，可使用水玻璃溶液中懸浮銅粉

（3）涂敷防碳涂敷劑后干燥，主要使用硼砂和有機溶劑為主

（4）氧化鐵和黏土混合物涂敷法

（5）利用套筒或套螺絲  

27.滲碳后工件硬度不足 

（1）冷卻速度不足，可利用噴水冷卻或鹽水冷卻 （2）滲碳不足，可使用強力滲碳劑 （3）淬火溫度不足 （4）淬火時加熱發(fā)生之脫碳現(xiàn)象所導致，可使用鹽浴爐直接淬火  

28.滲碳層剝離現(xiàn)象  

（1）含碳量之濃度坡度太大，應施以擴散退火 

（2）不存在中間層，應緩和滲碳的速率

（3）過滲碳現(xiàn)象，可考慮研磨前次之滲碳層 

（4）反復滲碳亦可能產(chǎn)生滲碳層剝離的現(xiàn)象

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