高温材料热处理技术

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1、高溫材料熱處理技術金屬材料的熱處理,有各式各樣的口的，大致歸類可列入下面五項：(1)消除材料經鑄造、鍛造，加工焊接與過程，在材料內部區成形成之殘留應力。(2)消除材料鑄造後之偏析件用，所造成之成份的不均勻。(3)軟化材料，以利其可塑性、加工性。⑷增加材料強度、硬度、韌性、延展性與機械性質。(5)各種表面熱處理，可增加材料表面硬度、耐磨性、耐蝕性、疲勞抵抗力、以及保持物品形狀、尺寸之穩定'避免變形。一、不銹鋼之熱處理技術銘元素爲此類材料具有不銹之因素，以往發現銘含量必須具有12%以上，才能形成密緻之表面氧化膜而達到防蝕保護之作用，故任何不銹鋼之熱處理必須考慮到

2、對路之成份有無造成任變化。(1)麻田散鐵類不銹鋼：此類不銹鋼爲體心立方之結構(BCC)可爲磁鐵吸引，其製成爲從奧斯田溫度急冷而得，此之耐蝕性爲最好，但材質硬則脆，接著加以回火可以增加延展性，但耐蝕性會降低，特別是在攝氏450度到650度之間回火，會使在結晶格間隙內之碳原子擴散析出與路形成網狀之碳化銘造成臨近區域銘元素之消耗使銘成份降低，無法形成保護膜，而喪失耐蝕性，故需特別注意。以下爲各種麻田散鐵類不銹鋼材之熱處理溫度。(a)403,410,416se之溫度爲650-750°C。(b)414之溫度爲650-730°C。(c)431之溫度爲6。(d)440-A

3、,440-B,440-C,420之溫度爲680-750°C。(2)肥粒鐵類不銹鋼：此種不銹鋼爲體心立方結構(BCC)可爲磁鐵吸引通常用在汽車工業或化學工業上'強度不會因熱處理而改變'但可以冷加工方式增加強度。(1)奧斯田鐵類不銹鋼:此種不銹鋼爲面心立方結構(FCC)對磁鐵不起作用，如前面所論此類材料易加工，故其加工後爲消除材料之殘餘應力而可施予不同之熱處理。(2)析出硬化型不銹鋼：此種不銹鋼由高溫淬火後在低溫熱處理，由於材料中含之鋁，或銅元素析出沿著差排之滑面或晶界形成化合物(inter-metalliccompounds)而可以提高其強度或硬度。常用之析出

4、硬化型不銹鋼爲17-4PH，其他尙有17-7PH、PH15-7MO，AM-350，AM-355等。(3)各類不銹鋼焊接後熱處理：不銹鋼內所含之銘元素，經焊接之後，在高溫區域(熱影響區)往往會擴散析出與碳結合成碳化銘，而造成局部之銘成份減少，無法形成保護膜，而穿孔等腐蝕情形經常在這些熱影響區屮發生，爲補救這種情形業者經常在焊接完後，將物件以熱處理，其作用爲使其他區域之銘元素擴散到此銘缺少區域'以達到保護作用。二、鎳合金之熱處理鎳合金因爲存在於高溫度下仍有極強的材料強度及韌性'此點非其他金屬所能達到'加上鎳合金有很好的耐蝕性、耐氧化性'所以在航空工業、火力發電、

5、石油開採與需要高溫強度地方都大量用到鎳合金。鎳合金強化作用主要是靠伽瑪析出物(r，GammaPrimePreciptitate)此種析出物組成成份爲N13M»其屮M爲鋁、钛Ti、鉅Ta等。副伽瑪析出物本身強度不會因溫度昇高而變弱，這是爲什麼鎳合金在高溫有高強的原因。由上面我們知道控制鎳合金強度，應由控制析出物大小著手'而析出物之大小與加熱的溫度，加熱的時間有一定的關係，所以利用熱處理就能控制鎳合金的機械性質。例如我們想要對一鎳合金加工，不論滾壓車削等，都不希望材質太硬，此時我們可以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屮成爲固溶

6、體(SolidSolution)，快速冷卻卜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(solutiontreatment)。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。而一般使用鎳合金的溫度多在五、六百度，此時，時效作用對副伽瑪析出物成長的速度非常慢可不予考慮。一般鎳合金在熱處理過程中經常有的問題是鋁、钛等元素經表面而揮發掉，在材料表面造成明顯的一層脫鋁(钛)，結果是表面有一層沒有副伽瑪析出物的存在(Deple

7、tionNone)，此一脫鋁層的厚度隨溫度時間上升而增加。此外在高溫熱處理中由於氧原子容易沿著晶界滲入，造成氧化，形成脆性裂口而造成材質的破壞，此爲沿晶界氧化之問題。爲避免以上之問題產生，工業上往往將鎳合金在惰性氣體中或真空中加熱，航空工業中特別要求在高真空中加熱，只要溫度在攝氏九百五十度以上之熱處理，皆沒法用真空爐處理後之淬火多採用冷氟氣注入式加上風扇攪拌法以達到快速冷卻'在低於某一溫度後取出'吹冷風以冷卻。三、銷合金之熱處理銷合金在高溫工業上之應用多在不需藉高強度之地方，凶爲銷合金之強度多靠分佈於其間的碳化物，但銷合金也有很好的耐氧化性耐蝕性。在航空工業

8、渦輪引擎構造中往往不轉動不需要強度的地方使用到銷合金