以超深冷處理改善碳工具鋼的耐磨性研究

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1、以超深冷處理改善碳工具鋼的耐磨性研究ImprovingWearResistanceofCarbonToolSteelbyCryogenicTreatment楊銘文*鄭文彬*陳永傳*M.W.YangW.P.ChengY.C.Chen摘要4.Carbontoolsteelcangetsignificantresistanceto本實驗以自行設計的超深冷處理裝置，將淬火回abrasivewearandadhesivewearafteracryogenic火後的碳工具鋼緩慢地冷卻至液態氮的溫度，並保持treatment.適當的時間，促使其內應力

2、釋放，組織結構完全安定5.Thehardnessofthecarbontoolsteelwhichhasbeen化，而達到提升耐磨性的目標。quenchedandtemperedstillkeepsunchangedaftera本文的主要目的在闡明此超深冷處理裝置的特cryogenictreatment.點，並研究超深冷處理對碳工具鋼之耐磨性的影響。Keywords:Cryogenictreatment,Thermalstress,實驗結果顯示:Wearresistance.1.本實驗所設計的超深冷處理裝置與一般工業上所用的超深冷處理設

3、備比較，其所能達到的溫度較低，處理效果較好;而且其降溫的速率較為穩定平滑，不1.前言會使工件產生熱應力;並能顯著節省液態氮的消隨著精密工業的發展，一般的淬火與回火或消除耗，降低超深冷處理的成本。內應力等熱處理已無法滿足精密工件(如鐘錶精緻零2.將淬火回火後的碳工具鋼以適當的條件實施超深冷件及精密模具等)長效與穩定之需求，因此必須進一步處理後，其耐磨性有顯著的提升。施以組織安定化處理，而超深冷處理是一不錯的選3.以較緩慢的降溫速率實施超深冷處理，對碳工具鋼擇。孫立德先生於1991年將超深冷處理技術引進國之耐磨性的改善效果較大。內，主要用於

4、工具鋼、合金鋼、粉末燒結合金、銅合4.超深冷處理對於碳工具鋼的磨料磨耗及黏著磨耗有金的處理技術上。而應用的行業非常廣泛，包括衝壓明顯的抵抗效果。模具、精密下料模具、切削刀具、機械零件、鈦合金5.經過淬火回火後的碳工具鋼再施以超深冷處理，其零件、自行車鋁合金零件、電子積體電路…等多種行硬度值依舊幾乎不變。業。一般而言，超深冷處理程序如下:關鍵詞:超深冷處理、熱應力、耐磨性(1)將工件放入一密閉空間中。(2)利用液態氮將密閉空間內的溫度緩慢降至接近液Absract態氮的溫度。Thepresentexperimentutilizesacryo

5、genic(3)使工件在低溫保持一段時間。apparatus,designedinourlaboratory,toperformthe(4)將工件緩慢昇溫至室溫。cryogenictreatmentoftoolsteel.Thequenchedand超深冷處理能發揮下列優點:temperedworkpiecewascooleddownto-196℃and(1)殘留沃斯田鐵幾乎完全轉變成麻田散鐵(97%～keptforpropertimetoreleaseinternalstress,andtostabilizethemicrostruc

6、turecompletely,withthepurpose98%)。ofimprovingwearresistance.(2)比一般熱處理工件或深冷處理工件，更能提高耐Themainworkofthisexperimentistoinvestigate磨耗性。thecharacteristicsofthecryogenicapparatusandthe(3)使組織細膩、結構均勻並析出微細碳化物，以強influenceofcryogenictreatmentconditionsonthewear化基材。resistanceofcarbon

7、toolsteel.Theresultsobtainedare(4)減少殘留應力。asfollows:目前台灣工業界應用超深冷處理的技術仍在持續1.Comparedtocommercialcryogenicequipments,the增加中，但超深冷處理不論是在理論的探討或製程的cryogenicapparatusdesignedforthisexperimenthastheadvantagesoflowerminimumtemperature,more研究上都還有相當大的發展空間。smoothcoolingrate,andlowerc

8、onsumptionrateof如上所述，超深冷處理可將殘留沃斯田鐵完全轉liquidnitrogen.變成麻田散鐵，亦可消除殘留應力，使組織達到更安2.Cryogenictreatmentcanenhan