热处理_脱碳层知识.doc

脫碳層知識Title：為何零件表面會脫碳?問題：材質4130,熱處理後表面硬度為HRC32,心部硬度為HRC38.零件表面脫碳,重新做了兩次後還是不行,請教下可能的原因是什麼?對機械性能的影響有多大? 解答：熱處理脫碳是不可避免的，但是可以把脫碳的情形減到最低。大概的方式有幾種：(1)使用鹽浴爐，一般會脫碳是因為高溫之下的氧化情形，碳因為擴散的關係，工件表面的碳會跑走。而鹽浴爐可以有效降低這情形。若是使用空氣爐，可以在工件表面覆蓋上含碳量較高的鑄鐵切屑，可以在熱處理期間讓覆蓋在表面的鑄鐵屑去取代工件表面的氧化，而減低脫碳層的影響。(2)材料的熱機處理參數有一定的規範，一般來說對於熱處理條件都有一定的規範，如溫度、持溫時間及其他冷卻方式等等的規定。這類的規定也是讓材料在熱處理時能夠減少一些機械性質上的損失。溫度過高時間過長，脫碳明顯。溫度過低時間過短，熱處理時間不足讓材料完全達到相同組織。因此需遵照相關規範去使用。(3)反覆熱處理的動作無法完全回復材料原有的性質。一次的熱處理若表面脫碳，第二次的加熱將使未脫碳的組織讓碳有機會再跑出來，因此脫碳層只會加深不會減少，甚至能沿晶界脫碳到心部的可能性都會發生。一般來說熱處理件會有規範脫碳層的深度，如果在可容許的深度範圍之內，那是可以接受的小缺陷，如果超出規範，那就是熱處理條件出問題了，需要針對熱處理的溫度與時間做更改。如果脫碳層深度不深，可以使用鍛打或珠擊的方式來讓脫碳層增加內應力，進而增加它的強度。一般來說，脫碳層對於工件長時間使用(反覆受力)的疲勞壽命有極大的影響。但熱處理件又不可避免的脫碳層，因此會做珠擊的方式來增加抗疲勞性。讓材料達到一定的強度及抗疲勞限的要求。如果你的材料沒有使用在需要反覆受力的情形之下，而脫碳層的深度又可以接受，後脫碳層是可以被容許的。問題：我的物品為圓條型不規格形狀 材質為SCM430 熱處理之後切片測試硬度 我發現心部的硬度比表面硬 為何會這樣?一般的鋼鐵熱處理之後不是表面會比較硬嗎?解答：首先你先看一下你材料的化學成分。SCM430大概為的成分如下：碳0.28-0.33，錳0.6-0.85，鉻0.9-1.2，鉬0.15-0.3wt%。淬火溫度8.30-880度油淬，回火溫度550-650後空冷。熱處理後的硬度為HB241-293。一般經過熱處理後的材料，除非是經過特殊的熱處理方式(表面硬化、高週波淬火)會讓表面比心部度。不然一般使用的熱處理都會讓材料軟化。而且熱處理的目的是希望把硬的材料韌化，軟的材料加強強度。你的材料經過熱處理之後(經過淬火回火)，會比來的硬，但比只經過淬火的軟。至於心部的硬度偏軟的情形，猜測大概有幾種可能：(1)一開始淬火溫度不夠高、不夠久：如果你的工件厚度過厚，而你的持溫時間不足(一般來說每英吋要增加0.51小時的持溫時間)，材料內部尚未完全沃斯田鐵化，所以淬火下來時，心部的材質相對就比外面的硬。另外材料表面因為溫度不夠高，會讓材 料介於沃斯田鐵與波來鐵相之間，淬火下來時表面會因為淬火溫度過低，已經變為波來鐵，而不會變為淬火相的麻田散鐵，之後的回火對於表面的波來鐵相而言是沒有效果的。所以表面相對就比較軟。(2)淬火溫度過高或時間過久：這個與1相反。一般會規定淬火溫度與持溫時間。因為在高溫時的氧化及脫碳反應比低溫時明顯許多。淬火溫度過高時，材料表面氧化脫碳的情形越明顯，特別是你的持溫時度又長的時候。一般人為了避免發生(1)的問題，因此會把溫度升高，讓材料心部達到淬火溫度，殊不知溫度過高時，材料表面的脫碳情形明顯，會讓你材料表面形成一層只有肥粒鐵的脫碳層，或是沿著晶界侵入到1/41/2半徑。形成類似鏈狀而沿著晶界的肥粒鐵脫碳層。這些脫碳層就會讓你的材料表面或1/2處的硬度比平常還要軟上許多，相對上你就會覺得心部較硬。而通常熱處理時間越久，這脫碳層就越厚，軟硬不均的 情形就越明顯。(3)油淬的冷卻速度太慢，依CCT曲線來看的話，淬火需要以極快的速度浸到油中進行油淬，如果油淬時的溫度過低如(1)所說，這時候材料已經有波來鐵形成，回火也無法改變這波來鐵組織。也將影響你的材料硬度分佈。因此，你首先需要切取未熱處理及熱處理後相同位置切片，用金相顯微鏡觀察組織變化情形。熱處理後最表面處會有一層白亮的肥粒鐵脫碳層(一定會有，但不能過厚或過多)，然後再看看熱處理後是否能看到波來鐵組織，如果有這個，多半就是材料在告訴你熱處理的參數(如溫度及時間)需要做修正。另外施打硬度時，若真的直接施打表面，也要確定打出來的數值是否需要補正。通常我看這類熱處理件，都是先研磨看金相，金相中會把你材料的一些問題呈現出來，硬度是機械性質的一個表徵，而金相可以告訴你是哪個環節出狀況一般的鋼鐵熱處理，不一定表面就比較硬。除非像上述中的表面硬化方式的熱處理，不然熱處理件通常都需要能夠達到均勻的機械性質，才不枉費熱處理的目的。至於外面的脫碳層一定存在，所以有的材料會再經過珠擊表面的方式，來加強表面脫碳層的硬度，以達到可使用的水準。個人淺見，供你參考看看，或有不足，需要你自行參閱熱處理的書及材料相關的資料。鋼鐵熱處理詞彙熱處理為得到鋼鐵所需性質(機械、物理或化學性質)而實施之加熱、保溫、冷卻之各種組合操作。均熱為減少材料內外之溫差，以適當時間保持一定溫度。硬化經適當之加熱、冷卻處理以增加硬度之操作。有時效硬、析出硬化、急冷硬化、表面加熱硬化。季化為消除鑄件之內部應力，將鑄件長時間放置之操作。過熱金屬或合金被加熱至高溫以玫材料性質受損。如此熱處理、機械加工或熱機械處理之組合操作，仍無法恢復原來性質時，此過熱稱為燒毀。再結晶在冷加工等受塑變形之晶粒被加熱時，發生內部應力減少以後，有殘留應變之晶粒產生內部應變力之新晶核，且其數目逐漸增加漸次成長取代原晶粒之現象。發生再結晶之溫度稱為再結晶溫度，此溫度受金屬及合金之純度或組成、結晶內之塑性應變大小、加熱時間等影響。晶粒粗化於高溫中加熱多晶材料，發生晶粒變大之現象。脫碳在與碳可起反應之爐氣中，加熱鋼鐵時，從表面失去碳之現象。脫碳之部分稱為脫碳層，其度可分為全脫碳層深度、肥粒鐵脫碳層深度、特定殘碳率脫碳層深度、實用脫碳層深度等。冷脆性在室溫附近或以下之低溫，鋼之衝擊值急速降低之脆化現象。變態溫度溫度上升或下降時，某相變為他他相之現象稱為變態。起變態之溫度稱變態點。c cm點：過共析鋼在熱時，雪明碳鐵完成溶於沃斯田鐵之溫度。c 點：加熱時從肥粒鐵+雪明碳鐵完成溶於沃斯田鐵之溫度。c 點：亞共析鋼加熱時，從鐵完成變態為鐵或肥粒鐵完成變態為沃斯田鐵之溫度。c 點：r cm點：r 點：r 點：r 點：r 點：e cm點：s 點：f 點：鐵在911以下溫度，安定之體心立方晶純鐵。鐵在1392至熔點之溫度範圍，安定之體心立方晶純鐵。肥粒鐵鐵固溶及鐵固溶之組織上名稱。鐵之固溶體有時被稱為肥粒鐵。鐵在911至1392範圍之內安定之面心立方晶純鐵。沃斯田鐵鐵固溶體組織上之名稱。固溶體固體內均勻溶入其他元素之單一固體。共晶冷卻過程中，一種溶液晶出兩