鋼材教育訓練教程--零下低溫處理.doc

金屬冷處理之精髓--超冷理

早期金屬冶金專家認為將溫度低至-84℃～-120℃已足夠將工具鋼火後殘留沃斯田鐵變態成麻田散鐵，並認為沃斯田鐵變態麻田散鐵的過程（Ms～Mf的變態區）隻與溫度有關，而與保持該溫度的時間無關。但必須要於粹火後1小時內施以低溫處理（零下處理，深冷處理）否則殘留沃斯田鐵安定化後無法使其變態成麻田散鐵。
經若幹年的實驗証明顯示麻田散鐵含量與保持該溫度亦有關聯，雖然不是直接影響麻田散鐵的變態，卻能給予工具鐵良好的變態環境，能直接影響已經安定化的沃斯田鐵重新活躍起來變態成麻田散鐵。
事實上低溫處理所產生的效應不是一個新的發現，早在100多年以前瑞士鐘表制造商已知將高耐磨耗的鐘表零件儲藏在高山洞中一，二十年，以自然冷氣空調增加零件的穩定性與耐磨耗。注重時間與高價值的要求下，以無人有此時間成本，因而零下處理，深冷處理（Sub-Zero），超冷處理（CryogeinTreatment）相繼應運而生，以迎合現代商品物質。
超冷處理名詞的出現可追溯回1937年，前蘇聯應用此技術於工具鋼上，尋求改進切削刀具的性質，但礙於技術瓶頸無法突破（如精準地恆低溫保持一段時間，控制冷卻及加熱的速率等）而沉寂一時。
美貝特紀念基金會（BattelleMemorialInstitute）所長Gary博士發起成立超冷處理研究委員會，該委員會的宗旨針對超冷處理能夠提升工具鋼，鋁合金，等耐磨耗性及防止擱置變形之研究。聚集近三十年相關研究成果及文獻並結合美國麻省理工學院數位電腦控制系統博士JeffLevin發展出精準的處理設備（對流降溫，升溫，準確的控制升降溫的速率，恆低溫-320℃保持，依處理物材料可設定99種保証浸透階段）將工具鋼，合金工具鋼，模具鋼，高速鋼等不同鋼材歷經超冷處理後以顯微鏡觀測組織的變化，X射線解析，碳化物析出，電阻阻抗變化及比重測定，進行沖擊值，熱軋硬度，殘留沃斯田鐵，耐磨耗實驗。研究結果根據Dr.R.F.Barron教授報告指出，超冷處理計能發揮下列優點。
殘留沃斯田鐵幾乎完全轉變成麻田散鐵（97％-98％）。
比一般熱處理元件或普通深冷處理元件更能提升耐磨耗性。
使組織微細化及細微碳化物析出。
消除殘留應力。
硬度完全不發生變化。

零下低溫處理（SUBZERO處理）
對於最近的企業而言，提高品質，生產合理化降低成本等三要素是必須致力的課題。對於提高品質一項目前已積極致力於研究精確度高而能長時間耐用制品，而對於生產合理化及降低成本也已致力於以固定的設備從事於大量生產，以省力的設備努力於補救勞動力的不足節省人件費，或應致力於機會工具的高效使用等的事項。在這裡將要說明的零下低溫處理是指在零度以下-100℃~150℃實施熱處理的一種工程，這種工程近來已普遍使用於須要高精度的儀表﹑工具﹑齒輪﹑鐘表﹑照相機的精密零件類，或使用於高價的壓縮整緣等的壽命延長或壓延滾筒的延長壽命等方面，而且其需求度有越來越多的趨勢。
今後其用途將會逐漸增加，為讓大家能更加認識零下低溫處理的意義和普及使用，將就零下低溫處理的意義，目的處理方法，和用途等加以記述。

零下低溫處理
A.零下低溫處理的目的：
將殘留沃斯田鐵（AUSTENITE）變化成為麻田散鐵（MARTESITE），用以謀求增加硬度和尺寸的穩定代為主要目的，並在零度以下施以低溫處理，這種處理方法即稱為零下低溫處理。其他的目的都是其主要目的應用操作，其他目的包括下列事項：
增加著磁性
以磨床研磨硬化零件時，一般都使用電磁夾頭，但殘留的沃斯田鐵如果很多時，著磁性會變得很差，故須要以零下低溫處理來提高著磁性。
提高機械性性質
硬度的不均勻是起因於硬化溫度的不均勻，例如硬化溫度低時其硬度也會隨之變低，但經過零下低溫處理硬度就會增加，而且硬度會變得很均勻。
尺寸的調整
以零下低溫處理使硬化零件的尺寸膨脹，可使負數的尺寸變為加數的尺寸，用以調整不良品的尺寸。
冷卻嵌合
這是和收縮配合相反，將插入物加以冷卻收縮，使嵌合於被插入物。
茲將殘留沃斯田鐵可能引起的不良影響陳述於後：
施以硬化後也不能提高硬度，且由於硬度不均勻，很快就會發生磨耗。
由於殘留沃斯田鐵在常溫之下極不穩定，故時間一久就會變化，這種現象稱為經年變化，為此精密度高的儀表和軸承等都會因經年變化而發生偏差。
為什麼會發生殘留沃斯田鐵呢？硬化溫度如高過所規定的硬化溫度則會發生沃斯田鐵。
又如將水硬化和油硬化加以比較時，冷卻速度較慢的油，其發生殘留沃斯田鐵的量較多。
又含碳量越多的物品因其S曲線的MS點會向下下降，因此較易發生殘留沃斯田鐵。
那麼應如何才能使殘留沃斯田分解呢？
如將回火溫度予以提高時，則在270℃左右殘留沃斯田鐵就會分解。
施以零下低溫處理時，殘留斯田鐵則會分解。
依此殘留沃斯田鐵就會變為麻田散鐵，硬度就會提高。例如以800℃的