工作現場常見熱處理疵病探討

一般的製造業在影響產品品質的因素很多，依照 ISO 9001：2015品質管理系統，條文8.5.1也提到：

" 組織應在管制情形下進行生產和服務的提供；如適用，管制條件應包括：相關的文件化資訊，其定義了，即將生產之產品，即將提供之服務，或即將呈現之活動之「特性」及「須被達成之結果」 "

而在材料學中，也告訴我們，影響最終「特性」的因素，可以從「成份」及「製程」兩大方向來分析，這也連帶造就在ISO 9001有關在有形產品的品質管理上，我們應該去產生出的三大規範：「料規」、「製規」及「檢規」

在人類漫漫的製造歷史中，用以製造產品的流程不勝枚舉，其中熱處理過程算是最古早及最基礎的應用，也是製造業不可或缺的重要製程，是提升金屬材料機械性質的重要工法。

連結到 ISO 9001 中針對生產產品的管制，其管制重點包括了產品特性；如尺寸、拉伸、硬度…等品質要求；及生產流程；如參數、環境、操作…等作業要求。

因此我們請到金屬材料發展中心的符志強博士，就針對「零件本身」及「製程」，在熱處理過程中，為防止「特性」不良的狀況，應該要怎麼避免，舉幾個例子向各位說明：

一、製程中

在金屬材料熱處理的製程當中，最常見的不良狀況有兩種：氧化與脫碳、變形與破裂

1. 氧化與脫碳
   脫碳：鋼在熱處理爐中加熱時，產品表面產生氧化現象，使鋼材表層的含碳量下降，外觀嚴重不良進而影響尺寸。
   
   防止脫碳與氧化的方法：
   
   1. 採用脫氧良好的鹽浴爐加熱。
      
   2. 以可控制保護氣氛(氮甲醇、丙烷等)爐加熱。
      
   3. 使用真空爐無氧進行加熱。
      
   
   
   
   
   
   
2. 變形與破裂
   工件淬火過程中變形與破裂是因為熱應力與相變化所產生應力相加乘的結果。
   防止變形與破裂的方法：
   
   1. 材料冶煉與鍛造必需要預熱，然後再進行加工製程。
      
   2. 正常的淬火程序和冷卻過程。
      
   3. 淬火程序完成後及時進行回火處理。
   
   
   
   
   
   

二、零件本身的因素

而由於零件本身所導致的不良，建議以下三個做法，來降低不良發生的可能：

1. 為了防止淬火過程時產生應力集中，零件設計時應避免尖角，直角設計，改成圓角或倒角。
   
2. 零件避免相聯二斷面有厚薄或直徑相差太大的情形。
   
3. 儘量採用對稱封閉結構。

三、工作應力的因素

我們舉黃銅為例來跟各位說明：工程上常用的黃銅有兩種合金，分別為七三黃銅（銅 70%、鋅 30%，延性佳、易常溫加工）及六四黃銅（銅 60%、鋅 40%，強度高、適合高溫加工及鑄造）。

黃銅含鋅量達 20% 以上經常溫加工（如製管、棒之加工）後，在大氣中受到化學作用會發生龜裂，稱為季裂，以含鋅量 30 ～ 40% 之黃銅最嚴重。原因為加工時所產生之殘留應力，長時間暴露於大氣中及氨侵入晶粒界面造成粒間腐蝕，為應力腐蝕機制破壞。

黃銅熱處理一般主要分為再結晶退火和消除應力退火二種，其目的為：

1. 再結晶退火的目的是恢復再結晶、消除加工硬化、降低硬度、提高塑性，便于冷加工成型。
   
2. 消除應力退火的目的是為了消除變形和機械加工過程中產生的殘留應力，防止季裂，穩定尺寸。

黃銅合金加工後為預防季裂，可在加工後以150 ～250℃的溫度， 實施長時間應力退火來防止，保證產品品質。

以上是這次與各位分享常見的熱處理異常狀況，進一步的預防與解決對策，或是有什麼實際狀況要一同探討的，歡迎來參加領導力與義守大學金屬材料發展中心聯合舉辦的「金屬材料熱處理與技術管理應用實務研討會」。