為何預硬鋼經回火後,硬度分佈還是不均勻?又為何回火硬度下降走勢與先前回火經驗完全不同?
案由背景詳述:
北部某家材料進口商送來兩件P20預硬塑膜鋼,要求利用回火將硬度調降至HRC30度±2度,理由是,原素材硬度太高,直接用戶不易機加工。本案工作物尺寸200mmX450mmX450mm,原來硬度HRC32度~至HRC36度呈不均勻分佈。
實際操作:假設原製造廠是以淬火,回火進行調質處理,但是無法推演其淬火溫度到底是幾度? 因此以較保守的質量效應考量設定以580℃X10H回火→空冷,結果得值HRC32度~36度;等於回火無效。再以610℃X12H回火→空冷,得值HRC28~31,符合硬度要求公差。
交叉比對:先前實際經驗,尺寸25mmX100mmX100mm,850℃X 30'淬入160℃溫液,580℃X2H回火,硬度HRC30度。比較本案以580℃X10H回火還是無法降低硬度,以熱處理製程及質量效應推演,合理質疑本案個件並沒有進行淬火、回火處理,很可能是在高溫進行熱鍛成型後,即任其在空氣中冷卻,相當於正常化組織。為何本案預硬鋼經回火後,硬度分佈不均勻?可能產生的原因應是肉厚块在冷卻時,邊緣較快冷卻,心部冷卻較慢,因而造成硬度不均;在冷卻較快的邊緣硬度較硬、心部則較軟,實際上,在未回火前,以蕭氏硬度機測試的結果即是如此;邊緣HRC36度中心位置HRC32度。本案雖經第一次回火580℃X10H硬度不變,第二次再以610℃X12H回火,硬度雖降下來,但是邊緣硬度還是高於心部,由此更可驗證為質量效應造成冷卻時間差,也連帶影響邊緣硬度與心部硬度差異,雖經回火二次也無法改善。
為何回火硬度下降走勢與先前回火經驗不同?在交叉比對中所推演,本案並非是淬火回火材即可能是熱鍛成型後任其空冷,所形成的正常化組織,因而,無法以慣例之回火曲線,預算出正確硬度所需回火時間與溫度。
結論:
依前述的推演,應可判定本案素材,製造商僅是將鋼丕鍛打成型後,任其空冷,此時基地中的鐡碳會析出在晶界,產生Fe3C;也就是雪明碳體,不但形成高硬度,不易被機加工,也可能被誤判為己淬火、回火處理(已調質)。因為形成高硬度,不易被加工,因此必須施予回火降低硬度,因為不是淬火回火組織,當然無法以正常回火曲線預算出適當的回火溫度、時間交叉點。正常的調質處理也是會有邊緣硬度與心部硬度落差,況且本案若是推演屬實,正常化組織的硬度分佈差異更大。本案僅是代工回火處理,無法取得試片做驗證,若是日後機加工餘料可取得,當可以金相比對,淬火+高溫回火組織基地是麻氏體,正常化組織則是混合組織和析出在晶界網狀Fe3C。
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