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為何火焰硬化鋼,經火焰加熱不但硬度上不來,且發生尺寸變形,問原因為何?

案由背景詳述:

某家特殊鋼公司的經理帶來本案失效件,材質G05,是客戶直接向經理的公司購買,原尺寸是200X100X 70m m經線切割加工,割下一塊尺寸約180X80X 70m m的廢材,因此外框單邊肉厚僅剩10mm,經火焰淬火硬化處理,結果不但硬度上不來,且尺寸嚴重跑位也因此本案成為報廢件,客戶懷疑若不是材質錯誤?要不然就是材料純度不好?問為何火焰加熱硬度上不來?如何避免火焰加熱變形?

不良原因分析:                

G05材是屬於日本大同公司生產的專有鋼種,原本就是使用在局部火焰,淬火場合,經向經理查證產出證明無誤,若是材質證實是G05,以先前經驗推演可能影響硬度上不來的原因是,溫度不足及火焰口移動速度太快,才會造成淬不硬。本案的肉厚僅10mm 且經線切割加工後僅剩下肉厚很薄的外框,這也是造成火焰淬火易於變形的影響參數，經肉眼觀察失效件週邊並無預熱着色痕跡,證明失效件是在無預熱狀況下即進行火焰淬火,這應是本案因變形嚴重造成報廢的主因。

改善辦法:

       G05材之淬火溫度須達950℃,在室內以肉眼觀察,等同於雞蛋蛋黃的顏色;差不多是生蛋雞的蛋黃顏色,此時大約在950℃ ±30℃ 上下,火焰長度5~ 10mm 的中性炎,火焰口的移動速度是1分鐘50mm,加熱完成任其空冷即可,硬度可達HRC58~60°。在進行火焰淬火之前必須預熱至200℃~ 300℃區間,方可進行火焰加熱,可避免局部加熱處和模具本體溫差過大,所引發的熱應力變形和扭曲,但得特別注意不可超過300℃,否則淬火硬度將會偏低。

結論:

本案硬度上不來及變形扭曲,應歸因於使用者不諳操作細節,說實在的,欲使用火焰硬化鋼的廠商,必須有判讀火色的工藝技術者在現場指導或執行,否則淬不硬的情形會經常發生,且火色在陽光下與室內的燈光下差異相當大,若不是有經驗的工藝技術者,溫度是很難掌控。本案工件尺寸並不大,若是改以SKD-11材經熱處理的淬火和高溫回火,在經線切割加工幾何尺寸要求,不但可避免本案所發生的淬火不硬或硬度不均及變形扭曲等問題產生,且材料費用與G05是差不多,不太會增加材料成本。