热处理名词简介.doc

熱處理名詞簡介（1） 熱處理設備 電熱爐 電熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源，其構造簡單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應用於退火、正常化、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發熱體包括Ni-Cr電熱線（最常見，最高用至1200）、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬；非金屬發熱體包括SiC（最常見，最高可加熱至1600）、LaCrO3及石墨棒（真空或保護氣氛下可加熱至2000）。燃燒爐 燃燒爐使用氣體燃料或液體燃料作為加熱源，熱處理溫度可達800至1200之間。常見的氣體燃料包括天然氣、液化石油氣及瓦斯等；液體燃料則包括重油、燈油及輕油等。燃燒爐的熱對流效果很好，特別是低溫加熱之均勻性甚佳；但燃燒爐容易產生燃燒噪音、塵粒、硫氧化物及氮氧化物等環境污染物，則是它的主要缺點。 鹽浴爐 鹽浴爐設備便宜，加熱速度快，處理件表面氧化程度低，適合小型工件熱處理用。若配合適當的鹽裕，可應用於淬火加熱、滲碳、滲氮、滲硫等表面處理。常用的鹽浴種類包括（1）使用於200至500的低溫鹽主要以硝酸鹽或亞硝酸鹽；（2）使用在450至950間的中溫鹽，主要以氯化鈉、氯化鈣及碳酸鈉的混合鹽；（3）使用在950至1250溫度範圍的高溫鹽則大多以氯化鋇鹽為主。 氣氛爐 氣氛爐係在氣密的爐體內，通入適當的氣氛進行各項表面熱處理、滲碳、滲碳氮化及燒結等處理。此類爐具可分為分批式及連續式兩大類，加熱形式則使用電熱、油或燃氣在加熱管內燃燒以進行間接式加熱。 真空爐 在真空中加熱工件進行各項熱處理之爐具稱為真空爐，一般的真空度在10-2至10-4mmHg左右，經由真空爐熱處理之工件，可防止鋼材表面氧化、脫碳，具有較佳的表面品質。具有冷卻裝置的真空爐，可在非活性氣體中冷卻或淬火油中進行油淬火，但隨著工件體積的增大，使得熱處理成本會大幅增加。 高週波熱處理裝置 高週波熱處理裝置主要是利用感應電流在工件必要的表面部分加熱，並進行必要的淬火、回火等熱處理程序，以獲得表面硬度大而工件心部韌性佳的表面特性。裝置主要包括高頻產生器、加熱線圈及工件運動夾持機構。感應加熱的加熱效率甚高，能在極短的時間內加熱至高溫，並獲得極佳的硬化層；唯此種熱處理技術會受到工件形狀的影響較大，並不是每個工件都適用高週波熱處理技術。 流動床 流動床體的基本原理係利用流動的固體微粒（如氧化鋁粉、砂粒）進行加熱或冷卻，它具有高傳熱速率（加熱速度約為一般熱輻射傳導的8倍）及表面清潔作用等雙重優點，可使用於正常化、退火、淬火、沃斯回火及麻回火等熱處理程序。（2） 材料測試與觀察 硬化能 硬化能（Hardenability）係指鋼材在受某種淬火硬化處理後，能夠被硬化的程度而言，因此亦稱之為淬火性。硬化能愈大，代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化的深度愈深，但硬化能大並不代表鋼才能經由淬火而獲得更大的硬度。 影響硬化能因素 鋼材的硬化能特性受到下列因素影響：（1）鋼材化學組成；（2）淬火前鋼材沃斯田體晶粒大小；（3）鋼材沃斯田體化溫度（即鋼料之淬火溫度）；（4）其他因素，如碳化物的分布、組成均勻性等均會影響鋼材硬化能之好壞。 臨界直徑 所謂臨界直徑（Critical Diameter）係指鋼材經某一種淬火方式進行淬火後，中心部位組織恰好形成50%麻田散體時之直徑。一般鋼材可藉由端面淬火曲線得知臨界直徑之大小。 勃氏硬度試驗 勃氏硬度試驗主要是利用直徑10mm的鋼球加上不同的荷重，進行硬度性能之測試。對於鋼鐵材料通常使用3000Kgf的荷重，簡記成HB(10/3000)；對於銅、鋁等合金材料通常使用1000Kgf的荷重，簡記成HB(10/1000)；對於輕合金及軟金屬則使用500Kgf的荷重，簡記成HB(10/500)。勃氏硬度試驗會在試片表面造成一個極為明顯的壓痕，因此亦常被視為破壞性試驗；然而，它的硬度值試驗結果較不受鋼材表面銹片的影響，因此硬度值頗具代表性。 洛氏硬度試驗 洛氏硬度試驗應用範圍極廣，從極薄的薄片（HRA）至相當大的工件、從較軟的鋁銅合金材料（HRB）至淬火回火鋼材（HRC）均可使用。常用的HRB刻度係使用直徑1/16吋鋼球壓痕器加上100Kg的荷重（10kg的小荷重加上90kg的大荷重）；HRC刻度係使用頂角120尖端半徑0.2mm的金鋼石圓錐加上150Kg的荷重（10kg的小荷重加上140kg的大荷重）；至於HRA刻度則使用與HRC相同之壓痕器，但荷重為60Kg的荷重（10kg的小荷重加上50kg的大荷重）。 維氏硬度試驗 維氏硬度試驗使用對角136金鋼石方錐當作壓痕器，可藉由壓痕器所造成的壓痕對角線來量測材料硬度值。維氏硬度試驗使用的荷重，依試片軟硬、厚薄之不同從1kg至120kg間選用適當之荷重，但最常用者有10kg、30kg及50kg三種。此種硬度試驗尤其適用在厚度很薄、表面硬化或電鍍等材料。 蕭氏硬度試驗 蕭氏硬度試驗不同於前三種硬度試驗方法，係使用下端嵌有金鋼石之圓形小鎚由一定高度落下，衝擊水平式片之表面，以其落下後反彈之高度來決定材料之硬度值。此種試驗法之優點為幾乎不在試片表面留下痕跡、輕巧方便、易於攜帶使用，可應用在大型鑄件等工件；缺點則為鎚端易變形，需隨時注重校正之工作。 抗拉試驗利用拉伸試驗機，來測定鑄件的降伏強度、拉伸強度、伸長率及斷面收縮率等，已明瞭鑄件的基本機械性質。必要時亦可測定鑄件之比例限、彈性限及彈性係數等性能。試驗時，先將試片兩端的固定端點固定在試驗機的上下夾具，選定應變速率後，慢慢施加試驗機的荷重，直至試驗片拉伸斷裂為止，求的降伏點荷重、最大荷重用以計算鑄件材料之降伏強度及拉伸強度。在從斷裂後的試片量測伸長量、從破斷部位的面積分別計算出鑄件之伸長率及斷面收縮率。 衝擊試驗 常用的衝擊試驗法包括夏比(Charpy)衝擊試驗法及伊佐(Izod)衝擊試驗法，此試驗主要是要評估材料的韌性質，亦即試片受衝擊破斷，所需要的能量大小稱之為衝擊值。試驗方法係將衝鎚設定在固定位置，將衝擊試片固定於支撐台上，在令衝鎚自由落下衝擊試片，使試片破斷，並紀錄衝鎚的角度。經由衝鎚原始角度及衝擊後角度之度差，我們即可計算出衝斷試片所需要之能量，也就是試片的衝擊值。 金相顯微鏡觀察 利用顯微鏡來觀察金屬表面顯微組織的方法，稱為金相顯微觀察法，可分為巨觀及微觀試驗兩種。通常巨觀組織試驗是指使用目視或20倍以下的放大鏡，進行組織觀察的方法，包括硫印法、巨觀浸蝕法、破面檢查法等；微觀組織試驗法通常使用金相顯微鏡進行100倍以上的微細結構觀察。金相顯微鏡觀察的試片通常要先將觀察面研磨成平面，再利用拋光技術將觀察面研磨至鏡面，最後再利用化學溶液浸蝕表面，使觀察面之微細結構顯現出來。 滲透探傷法 工業界常使用滲透液及顯像液來檢查熱處理工件淬火裂痕、孔隙等的表層缺陷，依使用之滲透液不同大致上可分為螢光滲透法及染色滲透法。檢查程序為（1）將工件表面的附著油污除去、洗淨後乾燥；（2）將工件浸漬於滲透液中、或將滲透亦充分塗佈於工件表面；（3）浸漬一段時間後，將附著於工件表面的滲透液洗淨除去；（4）將工件浸漬於顯像液中，若有裂縫等缺陷存在，因毛細管作用使得滲透液從內部被吸出，因此而顯像在工件表面。螢光滲透液則在黑暗處使用紫外光照射進行觀察。 超音波探傷法 利用超音波從工件垂直照射進入工件內部，在觀察超音波的衰減狀態及反射波形，即可檢查出工件內部缺陷的位置及大小。主要的設備包括：適當頻率的超音波發振裝置、顯示反射波之裝置、載送或偵測超音波的探頭等。 磁粉探傷試驗 利用鋼鐵材料的磁化原理來產生磁力線，進而吸附磁粉形成一條連續磁粉線，以檢查熱處理工件表面淬火微裂痕、孔隙等缺陷。此種試驗法首先需將工件磁化，常用的磁化方法包括通電法、橫貫法、極點法、線圈法及極間法等，因此無法磁化的材料，如18-8不銹鋼、高錳鋼等沃斯田體型鋼材無法使用磁粉探傷法。接下去將磁粉散佈鋪在工件表面，當磁力線集中在裂痕、孔隙等缺陷位置時，會使磁粉浮起或不連續，如此即可檢查出裂痕、孔隙等缺陷之位置。（3）鋼鐵之熱處理 均質退火處理 簡稱均質化處理（Homogenization），係利用在高溫進行長時間加熱，使內部的化學成分充分擴散，因此又稱為擴散退火。加熱溫度會因鋼材種類有所差異，大鋼錠通常在1200至1300之間進行均質化處理，高碳鋼在1100至1200之間，而一般鍛造或軋延之鋼材則在1000至1200間進行此項熱處理。 完全退火處理 完全退火處理係將亞共析鋼加熱至Ac3溫度以上3050、過共析鋼加熱至Ac1溫度以上50左右的溫度範圍，在該溫度保持足夠時間，使成為沃斯田體單相組織（亞共析鋼）或沃斯田體加上雪明碳體混合組織後，在進行爐冷使鋼材軟化，以得到鋼材最佳之延展性及微細晶粒組織。 球化退火處理 球化退火主要的目的，是希望藉由熱處理使鋼鐵材料內部的層狀或網狀碳化物凝聚成為球狀，使改善鋼材之切削性能及加工塑性，特別是高碳的工具鋼更是需要此種退火處理。常見的球化退火處理包括：（1）在鋼材A1溫度的上方、下方反覆加熱、冷卻數次，使A1變態所析出的雪明碳鐵，繼續附著成長在上述球化的碳化物上；（2）加熱至鋼材A3或Acm溫度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田體後急冷，再依上述方法進行球化處理。使碳化物球化，尚可增加鋼材的淬火後韌性、防止淬裂，亦可改善鋼材的淬火回火後機械性質、提高鋼材的使用壽命。軟化退火處理 軟化退火熱處理的熱處理程序是將工件加熱到600至650範圍內（A1溫度下方），維持一段時間之後空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度軟化、回復原先之韌性，以便能再進一步加工。此種熱處理方法常在冷加工過程反覆實施，故又稱之為製程退火。大部分金屬在冷加工後，材料強度、硬度會隨著加工量漸增而變大，也因此導致材料延性降低、材質變脆，若需要再進一步加工時，須先經軟化退火熱處理才能繼續加工。弛力退火處理 弛力退火熱處理主要的目的，在於清除因鍛造、鑄造、機械加工或焊接所產生的殘留應力，這種殘存應力常導致工件強度降低、經久變形，並對材料韌性、延展性有不良影響，因此弛力退火熱處理對於尺寸經度要求嚴格的工件、有安全顧慮的機械構件事非常重要的。弛力退火的熱處理程序係將工件加熱到A1點以下的適當溫度，保持一段時間（不需像軟化退火熱處理那麼久）後，徐緩冷卻至室溫。特別需要注意的是，加熱時的速度要緩慢，尤其是大型物件或形狀複雜的工件更要特別注意，否則弛力退火的成效會大打折扣。 正常化處理 正常化熱處理有兩個重要的功用，一是使工件結晶粒微細化而改善材料機械性質；另一個目的是調節軋延或鑄造組織中碳化物的大小或分佈狀態，以利後續熱處理時碳化物容易固溶於材質，以便提昇材料切削性，並使材質均勻化。正常化熱處理的熱處理程序，係將工件加熱至A3（亞共析鋼）或Acm（過共析鋼）點溫度以上30至60的高溫（此即為正常化溫度）保持一段時間，材質成為均勻沃斯田體後，靜置於空氣中使之冷卻。正常化時間的估算，可以每25mm厚度持溫30分鐘來估算需持溫時間。正常化熱處理又可分為二段正常化、恆溫正常化及二次正常化等多種改良式正常化熱處理。 淬火處理 淬火處理的主要目的是將鋼材急速冷卻以便獲得硬度極大的麻田散體組織。鋼的淬火處理有三個要件，缺一不可，分別是：（1）在沃斯田體區域內加熱一段時間（即沃斯田體化）；（2）冷卻時要能避開Ar（波來體）變態；及（3）使鋼材產生麻田散體或變韌體而硬化。 淬火處理可分為兩個程序來實施，一是加熱；一是冷卻。通常加熱溫度又稱為淬火溫度或沃斯田體化溫度，依熱處理鋼材的不同而有所差異。亞共析鋼的淬火溫度在Ac3溫度以上30至60範圍內，共析鋼及過共析鋼的淬火溫度則是加熱至Ac1溫度以上30至60溫度範圍內。冷卻時要分兩個階段來冷卻，鋼從加熱爐取出的鋼件，一直冷卻到Ar變態前的臨界區域，要盡量迅速冷卻；在Ar以下的溫度區域則需採緩慢冷卻的方式，否則易造成鋼材的淬裂或淬火變形，此溫度區域又稱為危險區域。 回火處理 一般回火處理常繼在淬火處理之後實施，以便消除淬火處理之不良影響而保留並發揮淬火之功效，其主要目的是使淬火生成的組織變態或析出更加安定（使形成回火麻田散體），減少殘留應力並改善相關機械性質（提昇材料延展性）。回火溫度不同，會產生不同的機械強度與延展性組合，一般回火溫度大多在600以下，因為更高的回火溫度，任何鋼材都會呈現急速軟化的趨勢，此時碳化物逐漸凝聚而球化、肥粒體會再結晶而成長為連續基地，是軟化的主要原因。 回火脆性 回火處理要避開幾個會產生回火脆性的溫度範圍，這些脆化溫度範圍視鋼材種類而有所不同，包括：（1）270至350脆化（又稱低溫回火脆性或A脆性），大多數的碳鋼及低合金鋼，都在此溫度範圍內發生脆化現象；（2）400至550脆化，通常構造用合金鋼在此溫度範圍內會產生脆化現象；（3）475脆化（特別指Cr含量超過13%的肥粒體系不銹鋼）；（4）500至570脆化，針對工具鋼或高速鋼在此溫度範圍加熱，會析出分佈均勻的碳化物，產生二次硬化效果，但也易導致脆性。 麻淬火處理 麻淬火處理的主要目的，在降低淬火時工件內外溫度的巨大差異，並使於較低溫度時工件內外一起產生麻田散體變態，可避免淬火破裂，並使淬火變形量降至最低而無損任何淬火硬度。其主要操作程序係將鋼材淬入至溫度在Ms點微上之熱浴中，短暫持溫使工件內外溫度相同後，再提出空冷，使工件形成麻田散體變態的熱處理方法。 麻回火處理 麻回火處理是將鋼材淬入Ms與Mf溫度範圍之間的熱浴，經過長時間持溫後，使過冷合金沃斯田體一部分變態成麻田散體，一部分變態成下變韌體。此種熱處理後，可不必再行回火處理，且可降低一般淬火回火之急劇程度；其最終組織為回火麻田散體及變韌體之混合，因此擁有高硬度和高韌性的組合。主要的缺點是需要保持恆溫的時間甚久，在工業應用上較不經濟。沃斯回火處理 沃斯回火處理是一種較為特殊的熱處理方法，主要程序是將鋼材淬入溫度介於S曲線鼻部與Ar（Ms點）溫度之間的熱浴，直到過冷沃斯田體完全變態成變韌體才取出空冷的一種熱處理方法，亦稱為變韌淬火，它不需要再行回火處理。沃斯回火的最大特色是可得高硬度、高韌性兼具的材質，一般而言，變態溫度愈高，強硬度愈低，但可增進低溫韌性；變態溫度愈接近Ms溫度，所得之強度、硬度皆大增，且伸長率及斷面收縮率亦大增，頗適合小型工件之大量生產。 （4）鋁合金之熱處理 常見熱處理鋁合金的代號有何分別？ F：As fabricated表示冷加工，熱加工或鑄造成形後不在施以特別處理。O：Annealed表示退火至最低強度水平之鍛製品，及經退火增加延展性及尺寸安定性之鑄造品。H：Strain Hardened表示經加工變形之鍛製品。W：Solution heat treated：表示僅固溶體處理後自然時效W1/2 hr。T：Heat treated to produce stable tempers other than F . O . or H 鋁合金熱處理T代號可系分成哪幾種？ T 1 從較高溫之成形加鑄造、擠形等過程中冷卻下來並自然時效。 T 2 從較高溫之成形施以冷加工並自然時效。 T 3 固溶體處理後，冷加工並自然時效 T 4 固溶體處理後，直接自然時效 T 5 輕較高溫度成形施以人工時效T 6 固溶處理後人工時效T 7 固溶處理後人工時效至過時效狀態T 8 固溶體處理後，冷加工並人工時效 T 9 固溶體處理後人工時效並冷加工 T 10 較高溫之成形施以冷加工並人工時效TX 51 固溶體處理後用伸張的方法消除內部應力TX 52 固溶體處理後用壓縮的方法消除內部應力TX 53 用伸張及壓縮的方法消除內部應力 鋁合金最常見的熱處理強化機構為何？ （1）析出硬化：熱處理鋁合金為2XXX，6XXX及7XXX，其利用淬火處理及時效處理使材料內部結構發生一種相變化，產生細緻析出物，藉此種析出物，強化材料。這種現象叫析出硬化或時效硬化。（2）固溶處理：非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物)，故其強化作用通常借助一般的方法，如固溶體強化，晶粒細化強化。鋁合金析出硬化熱處理程序： 實用的析出硬化熱處理程序必須包括下列三個基本步驟： 固溶熱處理(solution treatment)淬火(quench)時效處理(aging treatment) 固溶處理係指將材料生溫至固溶體單相區一段時間，以便讓溶質全部溶入基地而成單一嶈菕F淬火係指將固溶處理後的材料迅速冷卻以得飽和固溶體。時效處理則將此過飽和固溶體放置在恆溫，使其逐漸析出析出物而造成性質上的變化。此恆溫若為室溫則稱為自然時效(natural aging)，若在叫高溫爐中進行則稱之為人工時效(artificial aging)。 何謂鋁合金的過時效處理？ 一般而言，初時效硬度上升是由於析出物逐漸析出，體積比逐漸增加，析出物間距越小所致；到了最高時效時，此時析出物呈現最佳的分佈狀態，亦即對差排的阻力最大；過時效的形成是由於析出物的粗化，造成析出物半徑增大，個數減少，間距加大，根據前述之強化機構，可知粗化降低對差排的阻力，並使硬度下降。常見的鋁合金種類？ 1XXX 純鋁系 99.00%以上2XXX Al-Cu合金3XXX Al-Mn合金4XXX Al-Si合金5XXX Al-Mg合金6XXX Al-Mg-Si合金7XXX Al-Zn合金8XXX 前代號以外之系統9XXX 備用（5）高溫用合金之熱處理 常見的高溫用合金有哪些？ （1）鎳基合金（2）鈦基合金（3）鐵鎳鉻合金（4）鈷基合金（5）不銹鋼材料 鎳基合金的熱處理原理？ 將材料加溫到攝氏一千二百度左右經一段時間將所有的副伽瑪重新溶解到材料中成為固溶體(Solid Solution)，快速冷卻下來使副伽瑪沒時間凝析出來，此時材質最軟以利加工，這種熱處理也叫固溶處理(solution treatment)。物件外形達到後，隨即我們要想材料到達我們所需要的強度與硬度，通常都是在攝氏七百到八百度作時效處，使副伽瑪在材質內均勻的析出，控制時間與溫度可以達到我們所要求的強度。 鈦基合金的熱處理原理？ 鈦合金大多在鈦元素內添加5%至15%的鋁、釩、鈷、鐵、錫、鋯、錳、鉬、鎢、鉻等元素，具比重輕的特點，經熱處理後強度極高，廣泛使用於航空、太空器材。鈦合金大多可經熱處理進行強化，其熱處理程序為：先行固溶化處理、淬火，使產生麻田散體變態後，再施以回火處理使之析出而時效硬化。此外，鈦合金亦可進行弛力退火處理及一般退火處理，以消除殘留應力及加工硬化的效應。 鈷基合金需要進行熱處理嗎？鈷合金在高溫工業上之應用多在不需藉高強度之地方，因為鈷合金之強度無法像其他合金那麼大，其強化原理係靠分佈於其間的碳化物來強化。通常鈷合金不需要熱處理，但也偶而會有與鎳合金相類似之固溶處理與時效處理，固溶處理時溫度在攝氏九百五十度以上，需要用真空熱處理爐處理。 不銹鋼的熱處理： 不銹鋼的熱處理較為複雜，會依不同形式的不銹鋼而有不同的熱處理方式，唯一相同的是，熱處理過程常避開475左右進行長時間加熱，以免產生硬又脆的s相金屬間化合物，此種化合物為鐵鉻合金，常會耗去基地內大量的鉻元素，使得不銹鋼的抗蝕能力大幅降低。詳細請見第五章內容。（6）表面防蝕處理 常見防蝕材料的種類 下列是金屬材料與抗腐蝕環境間的組合，可提供我們在選擇適當的防蝕材料時做參考用。當然，在其他條件的實務考量下，是有可能找到更便宜、更具耐蝕能力的材料。（1）不銹鋼：抗硝酸腐蝕力佳（2）鎳及鎳合金：抗氫氧化合物等鹼性腐蝕力佳（3）鋁合金：抗大氣環境腐蝕力佳（4）鋼鐵合金：抗濃硫酸等腐蝕力佳（5）鈦合金：抗強氧化性溶液腐蝕力佳（6）鉛合金：抗稀硫酸等腐蝕力佳（7）錫合金：抗蒸餾水等腐蝕力佳 陰極防蝕技術： 陰極防蝕的基本原理係利用外加的電流，使金屬材料獲得電子，而免於腐蝕的一種防蝕方法，主要的方法有兩種：（1）外加電源：使外加直流電源之陰極接於欲被保護的金屬件上，陽極則接於一導電之廢金屬上；（2）犧牲陽極法：利用氧化電位較活潑的金屬取代前面所提之廢鐵塊，例如鎂合金，便可提供足夠的電壓來取代外加之電源，因此鎂和被保護件間構成了一組伽尼凡電池，陽極的鎂會氧化溶解而保護了陰極的物件。陽極防蝕技術： 陽極防蝕技術係利用外加陽極電流，使欲被保護的金屬物件表面生成一層緻密的鈍化層，因而降低金屬物件的腐蝕速率。陽極防蝕所需外加的電流較陰極防蝕小，多應用在極端腐蝕性的環境中，例如硫酸之貯存鋼槽。陽極防蝕的最佳操作條件，可由實驗室中的電極極化量測數據決定。 金屬的表面處理： 將金屬表面利用加工處理以增加表面的抗腐蝕能力，常見的技術有塗漆與電鍍。利用這些表面處理程序，可在金屬物件的表面塗蓋上一層保護層，常具有防蝕、防變色、增進耐磨性、防止鋼材熱處理時的滲碳脫碳現象等。 金屬塗料： 金屬塗料的施加方法與種類包括：（1）熱浸法，常見之馬口鐵（錫鍍於鐵上）及白鐵皮（鋅鍍於鐵上）多採此種方法；（2）電鍍法，利用電解還原的化學作用，將電解液中的金屬離子還原成金屬鍍著於金屬物件上；（3）金屬噴塗法，利用高壓氣體將液態金屬噴塗在金屬面上；（4）無電鍍法，利用化學還原作用，無須通電即可將金屬離子還原鍍著於金屬底材上及（5）滲入法，利用高溫將金屬粉末和適當的溶劑混合，使金屬擴散至底層欲被保護的金屬面上。 陽極處理 鋁合金的表面處理可以藉由電化學反應，在鋁合金表面產生一層緻密的氧化膜，藉以提升鋁合金的抗蝕性能。此層氧化層可在藉由水合作用將氧化層上的孔隙予以密封，此步驟稱之為封孔處理。經封孔處理後的氧化鋁，具有非常良好的耐蝕功能，如有重鉻酸離子封於孔內，則效果更佳。此外氧化膜可在陽極處理中著色，提供多樣化的鋁合金材料，常用的發色法有（1）染色法；（2）一次發色法及（3）二次發色法。 有機塗層 油漆是防止金屬表面腐蝕或生銹的一種有機塗層，它一般係由植物油搭配顏料調製而成，常見的顏料材料包括氧化鐵、鉛丹、碳酸鉛、鉻酸鋅、硫酸鋇及氧化鈦等；而常用的植物油則包括亞麻仁油、桐油及合成樹脂等。良好的油漆塗料必須具備下列特性：（1）透氣性差；（2）抑制腐蝕性佳；（3）耐用年限久；（4）添加適當添加劑。鑄造熱處理對於鑄造工程師以及機械結構設計工程師而言，熱處理事一項非常有意義，而具甚高價值用以改進材料品質的方法，借熱處理可以改變或影響鑄鐵的組織及性質，同時可以獲得更高的強度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。由於目的不同熱處理的種類非常多，基本主要可分成兩大類，第一類是組織構造不會經由熱處理而發生變化或者也不應該發生改變的，第二則是基本的組織結構發生變化者。第一熱處理程序，主要用於消除內應力，而此內應力係在鑄造過程中由於冷卻狀況及條件不同而引起。組織、強度及其他機械性質等，不因熱處理而發生明顯變化。對於第二類熱處理而言，基地組織發生了明顯的改變，可大致分為五類：(1)軟化退火：其目的主要在於分解碳化物，將其硬度降低，而提高加工性能，對於球狀石磨鑄鐵而言，其目的在於獲得具有甚高的肥力鐵組織。(2)正常化處理：主要用改進或是使完全是波來鐵組織的鑄品獲得均勻分布的機械性質。(3)淬火：主要為了獲得更高的硬度或磨耗強度，同時得到更高的表面耐磨特性。(4)表面硬化處理：主要為獲得表面硬化層，同時得到甚高的表面耐磨特性。(5)析出硬化處理：主要是為獲得高強度而伸長率並不因而發生激烈的改變。(1)鑄鐵之種類： 鑄鐵可以當作是一種在基地上含有高矽與高碳成分的鋼，同時有石墨與雪明碳鐵散佈在基地內部，此石墨與雪明碳鐵係在凝固過程中晶析出來，而此類析出物可以稱為共晶石墨或共晶碳化物。基地內主要含石墨者稱之為灰鑄鐵，主要含雪明碳鐵者稱之為白鑄鐵，如果在基地內，同時含有石墨與雪明碳鐵，一般可稱之為混合式鑄鐵。白鑄鐵由於具有很高的硬度與脆性，所以用途較少，主要還是用於耐磨材料。灰鑄鐵的主要性質，是共晶石墨的形狀與大小而定，而這些石墨無法經由熱處理予以改進。事實上，具有非常低的強度及硬度。石墨析出的形狀，無法在以熱處理加以改變，最多在熱處理過程中，令碳化物分解，游離出來碳形成石墨。 一般而言灰鑄鐵內的石墨，主要以層次狀析出，可稱為層次狀石墨鑄鐵。若將鐵水已鎂及稀土金屬可以使石墨在凝固過程中以球狀析出，此類鑄鐵稱之為球狀石墨鑄鐵，在完全相同的石墨數量下，此種基地組織狀況，對於材料性質則有甚大的影響，球狀石墨鑄鐵，所具有的性質與基地相同的鋼接近，故其強度可以提高至3801000N/ ，彈性模數亦比灰鑄鐵高出很多，而伸長率可提高到30%，如果以鎂合金處屬處理的份量不足則不會形成球狀的石墨，而形成累積性的石墨稱之為蠕虫狀石墨其特性大致介於灰鑄鐵和球狀鑄鐵之間。(2)鑄鐵之正常化處理正常化處理的目的是不論鑄造組織為何，均令基地上形成波來鐵組織，此外經過正常化處理可細化波來鐵，相對於鑄造組織，韌性不降低而可獲的甚高的強度，此外正常化處理可使材料達到均質化的目的，對於合金性鑄鐵而言，可使其強度、韌性同時提高，正常化處理的第一個階段，事實上就是石墨化退火，因此經過正常化處理後，原則上應無共晶碳化物的存在，由於鑄件的基地組織在經過正常化處理以後將完全為波來鐵。 圖2-1所示為正常化處理的時間，溫度曲線，第一段是先提升到退火的溫度保持一段時間，而後在空氣中冷卻，退火的溫度必須高於變態溫度以獲得完全的沃斯田鐵組織，處理時退火的溫度不宜過高，否則會出現出大的沃斯田鐵結晶而獲得粗大的波來鐵組織，一般最常用的退火溫度大約在900左右，在此溫度範圍內，鑄件內存在的碳化物會分解，假如鑄造組織內確定無碳化物，退火溫度可稍降低約在850左右。退火的冷卻速率必須快到令石墨周圍不發生肥粒鐵的現象，同時其速率也不能快到出現變韌鐵或麻田散鐵，對於非合金性的球狀石墨鑄鐵而言要合宜地控制冷卻速率相當不容易，必須具有豐富的經驗而且對於冷卻速率的適用範圍必須能夠清楚地確定，最重要是不發生肥粒鐵圈為主要原則。一般而言，其冷卻速率由770降到700時間約需一五分鐘，此種冷卻速率可在空氣中冷卻，肉厚之鑄件則必須考慮使用強風或特定的風速。 圖2-1正常化處理的時間-溫度曲線 正常化處理主要目的在於形成波來鐵組織且具高品質的球狀鑄鐵，對於灰鑄鐵而言，其主要目的在於改進及加強高強度灰鑄鐵的強度，以獲得波來鐵組織令其具有很高的抗磨耗強度。就經濟觀點而言，煉製鑄鐵時，應配合成分的調整以及波來鐵促進元素的添加。表2-1所示為正常化處理對於灰鑄鐵的強度與硬度之影響，而表2-2為正常化處理對球狀石墨鑄鐵的作用，非常清楚地可以看出，在鑄造狀態下的波來鐵-肥粒鐵鑄鐵，經正常化處理以後可化得較微細的波來鐵組織，有較高的強度，延性可能稍微降低，對於鑄造狀態本應為波來鐵組織的材料而言，經過正常化處理後，強度會增加，延性不會降低，主要的原因是在於波來鐵細化與組織均質化效果，因而消除了偏析與脆化區的存在。機械性質 處理前 處理後抗拉強度232 270硬度 HB 190 220(表2-1正常化處理對灰鑄鐵之影響)(3)鑄鐵之弛力退火處理 幾乎所有的鑄件在冷卻過程中都會產生熱應力，在熱處理過程中，特別正常化處理和退火處理之後均會成內應力，內應力發生的主要原因在於鑄件的內部肉厚不同，在急速冷卻過程中由於熱降的差異發生，肉厚不同會使每一個不分的收縮各異，因而引起了所謂內應力，冷的部分具有較高的潛變長度，而熱的部分其長度較低，故熱的部分就會在冷的部分收縮後形成熱點造成部份的變形，變形部分之強度，隨著變形度的增加而提高，最後再不能進一步變形時，鑄件內部形成某種程的彈性應力，甚至塑性應變，即為內應力，此應力幾乎可高達與抗拉強度等值，一且由於任何外在的原因使局部應力超過抗拉強度的時候，此類鑄件很容易因而造成破裂，熱處理是消除內應力最重要的一種方法，主要程序是升高溫度，令所有鑄建在非常均勻而緩慢的情況下，加熱及冷卻。 退火溫度的高低，主要視鑄件的組成部分，以及必須消的強度量而定，甚至必須考慮組織的可能變化，最適合的退火溫度可大致歸納如下：對非合金性的鑄鐵而言，約在500575之間，對於低筋性的鑄鐵而言，大約在550600之間，對高合金鑄鐵而言則在600650之間，爐內的溫度分布，必須儘可能的均勻以避免存在溫度梯度，不論任何情況下，用於退火的火焰或熱氣體，不能直接噴向鑄件，以避免在加熱的時候，薄壁的部分在次引起熱應力，而增加殘留應力的存在量，進而引起破裂，在到達退火溫度後的第一小時內大部分的內應力均會消除，則視鑄件的厚薄而定，一般而言鑄件厚度每增加25mm必須增加一小時的退火時間。(4)鑄鐵之軟化退火處理 灰鑄鐵與球狀石墨鑄鐵軟化退火，事實上是一種針對碳化物分解的熱處理，對非合金性及低合金鑄鐵而言，鐵碳所形成的碳化物並非是一種穩定相，在高溫中經過一段足夠長的時間，碳化物分解成為石墨、肥力鐵或沃斯田鐵，此類分解過程就是一般所謂的軟化熱處理，同時也是製造展性鑄鐵的主要程序，灰鑄鐵裡的碳化物主要分兩類，第一類是在凝固過程中形成的共晶碳化物(Eutectic Carbide)，一般稱之為自由碳化物(Free Carbide)。軟化處理主要分成兩個步驟，及第一段石墨化及第二段石墨化，共晶碳化物之分解為第一段石墨化，波來鐵分解為肥力鐵與石墨之步驟為第二段石墨化。圖2-2所示為軟化處理時間-溫度曲線，如果波來鐵分解時予以非常緩慢的冷卻，則同時可達到弛力退火的效果。 圖2-2軟化退火時，溫度-時間曲線 第一段石墨化處理的目的在於消除共晶雪明碳鐵，因此當灰鑄鐵或者球狀石墨鑄鐵，再凝固過程中，石墨形成不完全，大部分都會形成共晶雪明碳鐵，在鑄件的角落和銳邊處，由於冷卻速率較快，或以金屬模鑄造時激冷效果均會產生共晶雪明碳鐵，另當矽的含量不夠，或接種的處理不良都會產生硬點，或形成碳化物，如果鑄鐵內具碳化物的穩定元素，儒Cr、V或太高之錳含量時，也會形成相同的結果，如果是由於成分的配合不恰當，晶界形成共晶碳化物，則鑄件的肉原對碳化物之形成不會產生之影響，此類碳化物在某一個溫度範圍內相當的不穩定，其分解速度隨著溫度的降低而急速的減小，且隨著溫度的升高而急速的增加。第一段石墨化的溫度不宜太低，其溫度範圍大約在850至950之間，對球狀石墨鑄鐵而言，由於需要較高的韌性，因此溫度不宜超過920，以免發生沃斯田鐵初晶，退火的時間必須加長，退火時間的長短不僅由退火溫度來決定，同時需考慮鑄鐵的種類成分，甚至要考慮碳化物的種類，一般而言退火時間可由215小時，為了避免脫碳，同時考慮經濟上的效益，退火時間應儘可能地縮短，石墨化元素如矽及微量的銅可加速雪明碳鐵的分解，而碳化物的穩定元素，如鉻、鋁、銅，在正常情況下會嚴重地延遲石墨化的時間。 第二段石墨化處理的目的是消除或減少波來鐵，其主要作用在於分解波來鐵，或者經過第一段石墨化處理後，在冷卻過程中，防止波來鐵的再形成，第二段石墨化處理可見圖2-1中，應與第一段石墨化裡共同進行，假如無共晶碳化物存在，也可單獨進行，主要的執行步驟，是在變態溫度以下非常緩慢的冷卻，或者在變態溫度以下保持一段時間，對球狀石墨鑄鐵而言，肥粒鐵化後的組織對性質有非常大的影響，對灰鑄鐵而言，肥粒鐵系的組織單使材料變軟而已，雪明碳鐵的分解速率隨著溫度之增加而增加，此現象與第一段石墨化處理結果相似。溫度超過變態溫度範圍，則有部分的組織發生沃斯田鐵化，冷卻時，可在次形成波來鐵，當溫度超過600時，波來鐵分解非常迅速。直到其完全分解為止，退火時間需要8至12小時，當溫度超過某一臨界點時，此肥粒鐵的生長速率會得到相反的效果，可見要完全成肥粒鐵化所需要的退火時間在424小時之間，溫度則在680740之間。(5)鑄鐵之淬火與回火 所謂淬火是將材料自沃斯田鐵區域之溫度非常快的速率將溫度降低以防止波來鐵或肥粒鐵的形成，自沃斯田鐵區冷卻到Ms溫度由於時間太短碳元素不會發生擴散，基地直接變態為麻田散鐵，此組織非常堅硬但也相當脆，可以回火方式令其變軟，以提高韌性，因此經過不同溫度回後，可以獲得不同硬度、強度及韌性的組合。而有所謂的恆溫脆火或熱溶淬火，即在鹽浴和金屬浴內進行淬火，造成中間相或變韌鐵的組織，在鑄鐵中常進行淬火和回火處理的是球狀石墨鑄鐵，對灰鑄鐵而言，較無特殊意義，最多在要提高灰鑄鐵的磨耗強度時才會考慮進行淬火處理，事實上此結果可藉表面處理達成。對球狀石墨鑄鐵而言，經過淬火回火的處理後，可以獲得與鑄造或正常化處理相同的強度，但具有更高的降伏強度，結果獲得較大延性，特別是的得到較高韌性，因為經淬火、回火後，基地上含有較高碳，同時在這種情況下要比含有波來鐵組織時容易進行表面硬化處理。 若在空氣中冷卻，非金性及低合金性鑄鐵之硬化能力不夠高，因此必須在某些液體中進行淬火，為了避免淬火時發生熱裂，使用的淬火液最好是油或某種懸浮液而應避免使用水，淬火時鑄件內部會形成溫度梯度，同時由於時間的差異，隨著麻田散鐵的形成所引起的體積變化率亦不相同，同時鑄件內部的內應力隨之增加，很容易形成熱裂或者在鑄件內形成很高的內應力，在這種情形下，應將油浴的溫度提高至50100之間，藉此可以避免應力的形成，對於肉厚差甚大的鑄件而言，特別要小心地將肉厚的部分，首先伸向淬火液，如此可減少肉薄部分所受的熱應力，同時油液內的油，必須加以攪拌，或令其流動，或將鑄件在淬火液內不停的晃動。 鑄鐵的淬火溫度應在820920之間，一般工廠最常使用的溫度是在850900之間。當淬火溫度太低時，會造成含碳量較低之沃斯田鐵，經過淬火後較軟，同時所形成麻田散鐵的強度亦較低，相反如果淬火溫度太高，沃斯田鐵內含碳量過高，淬火時發生熱裂的危險性增高，形成殘留沃斯田鐵的機會亦變大。 淬火後之鑄鐵實際上脆性甚高，同時含過高之內應力，為了改進其延性及韌性必須在經過回火處理，其處理程序與鋼相似，加熱速率應低於100 K/小時，回火溫地應在450600之間，回火時間大約是4小時，回火時間太長或溫度過高，會是強度及硬度下降很多，但可提高延性，在較低之溫度經較長的時間進行回火，可造成相當均勻之回火效果，同時整個鑄件之特性分布亦甚均勻，為了防止內應力的再發生，尤其對於複雜的鑄件，回火後應緩慢冷卻至200以下。鋁合金熱處理技術熱處理的定義很廣，凡是人為控制之加熱與冷卻過程，用以改善材料之結構與性質者皆屬於熱處理，所以鑄錠在加工前成形中，或加工後以及鑄件所施之加熱及冷卻過程都叫熱處理，亦包含下式的處理： (1) 浸熱(Soaking)，均質化處理(homogenizing)預熱使鑄塊組織均質化而長時間加熱處理。(2) 再熱(reheating)熱間加工，而加熱處理。(3) Annealing退火-軟化材料。(4) Solution heat treatment)溶體化處理，auenching淬火，回火(artificial aging 或 temper)提高材料強度(5) Stabilizing treatment安定化處理(6)鋁合金分為兩大類：(1) Heat treatable alloy (2) Non-heat treatable熱處理鋁合金為2XXX，6XXX，7XXX或2XX.X，3XX.X，7XX.X，其區分是熱處理鋁合金如施以適當熱處理其內部結構發生一種相變化，產生細緻析出物，藉此種析出物，強化材料。這種現象叫析出硬化或時效硬化。(Heat treatable alloy =precipitation-hardenable alloy)非熱處理合金則無析出硬化現象(但也會有析出物)，故其強化作用通常借助一般的方法，如因溶體強化，加強化細晶強化。(1) 鋁合金之特性首先我們先討論鋁及其合金的特性來說明鋁及鋁合金為何大量的被運用。(a) 輕2.7Mg/m，差不多是同體積銅或鋼的1/3重量。(b) 防腐蝕能力強。(c) 可反射輻射能可見光、輻射熱、電磁波。(d) 導電及導熱能力強，且又是非鐵磁性。(e) non-sparking(f) 無毒性(g) 外觀及表面易處理(h) 機械性質良好(i) 存量多鋁合金的代號甚多，例如：A.A(Aluminum,Association)Al coa：(Alumunum Company of America)，JIS，DIN，BS等等，在我們僅說明A.A.代號及J.I.S代號： A.A.代號用四位數字表示1XXX 純鋁系 99.00%以上2XXX Al-Cu3XXX Al-Mn4XXX Al-Si5XXX Al-Mg6XXX Al-Mg-Si7XXX Al-Zn8XXX 前代號以外之系統9XXX 備用J.I.S代號 A2P1A- 代表鋁2-表示大區別 1.鋁 2.耐蝕鋁合金 3.高力鋁合金 4.耐熱鋁合金P-表示形狀 P板 R條 E圓板 PC合板 RC合條 T管 B棒 W線 S擠壓形材 V卯釘材 F鍛造品 H箔 TW熔接管 BC導體1-表示種類 特1 特2分別用S.O(2) 鋁合金之析出硬化 當金屬所受襪力超過其降伏強度時，即發生塑性變形，從內部微結構的觀點來看，變形最主要是由差排(dislocation)再受外力下，開始移動而造成。因此差排運動的難易關係到金屬的強度，差排越不易運動，則外加力勢必越大材足以使他移動而形成塑性變形，此時材料呈現的強度越高，反之，呈現的強度越低。因而各種使材料強化的手段包括設計適當合金成分、施加適當鑄造技術、熱處理技術、加工技術，實質上就是造成材料內部差排移動阻礙的因素，阻礙差排運動的因素有溶質原子(即所謂固溶強化)、差排互相干擾(即加工強化)、晶界(即細晶強化)、麻田散相(即麻田散強化)、第二相顆粒(有散佈強化、擴散強化、析出強化)等。 在上述強化方法中，乙烯初強化最晚為人類所發現，但他是一種十分有效的強化方法，可使一個材料晶析出硬化熱處理提高5至6倍的強度，許多高級的結構材料即靠析出強化來獲致其強度，如Al-Zn-Mg，Al-Cu、Al-Mg-Si，Cu-Be、麻時效鋼(maraging steel)、析出硬化型不銹鋼等。 以Al-Cu合金平衡圖為例，可瞭解此種原理。由圖可看出鋁基地(嶈)對Cu的飽和溶解度，再548時是5.7%，隨溫度逐漸下降，至0時僅0.2%。當鋁基地中的Cu含量超過此一固線(solvus line)時，多餘的Cu含量便以(CuAl 化合物)析出來。例如Al-4%Cu合金，在540時Cu全鋁基中而為嵷T溶體，如果將之緩慢冷卻，到了A點以下，飽和溶解度開始低於4%，此時隢K開始析出，沿晶界析出較粗大，基地內析出較小些。如果吾人採用快速冷卻，例如將之淬火至室溫水或更低溫液體，由於冷卻速率太快，不超過12秒的時間，就到達低溫狀態，故此時不像食鹽水之能迅速析出沉澱，在這短時間內，雓菗O來不及析出的。且由於固體中原子擴散速率再低溫時甚為緩慢，在一段時間內，析出幾乎被抑制，因而淬火後得到的是過飽和的固溶體。 淬火在時效析出物比緩慢冷卻者細小而緻密，由於前以敘述及析出物越緻密，其析出強化效果越好，固實用的析出硬化熱處理程序必須包括下列三個基本步驟： 固溶熱處理(solution treatment)淬火(quench)時效處理(aging treatment)固溶處理係指將材料生溫至固溶體單相區一段時間，以便讓溶質全部溶入基地而成單一嶈菕F淬火係指將固溶處理後的材料迅速冷卻以得飽和固溶體。時效處理則將此過飽和固溶體放置在恆溫，使其逐漸析出析出物而造成性質上的變化。此恆溫若為室溫則稱為自然時效(natural aging)，若在叫高溫爐中進行則稱之為人工時效(artificial aging)。 圖3-1顯示一個典型的時效硬度曲線，硬度在時效初期質逐漸上升，對時間後達最高硬度，過了最高點，硬度逐漸下降，這三個階段分別稱做初時效、最高時效及過時效；一般而言，初時效硬度上升是由於析出物逐漸析出，體積比逐漸增加，析出物間距越小所致；到了最高時效時，此時析出物呈現最佳的分佈狀態，亦即對差排的阻力最大；過時效的形成是由於析出物的粗化，所謂粗化就是說由於析出物在希望減少總表面積以降低總表面能的趨使下，大的析出物越長越大，小的析出物逐漸變小而消失，亦即粗化的結果，造成析出物半徑增大，個數減少，間距加大，根據前述之強化機構，可之粗化降低對差排的阻力，並使硬度下降。 圖3-1典型之硬度時效曲線 (3)鋁合金熱處理技術 1. 熱處理鋁合金加工代號F：As fabricated表示冷加工，熱加工或鑄造成形後不在施以特別處理。O：Annealed表示退火至最低強度水平之鍛製品，及經退火增加延展性及尺寸安定性之鑄造品。H：Strain Hardened表示經加工變形之鍛製品。W：Solut heat treated：表示僅固溶體處理後自然時效W1/2 hr。T：Heat treated to produce stable tempers other