金屬冷處理之精髓--超冷處理


早期金屬冶金專家認為將溫度低至 -84°C ~ -120°C已足夠將工具鋼焠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)只與溫度有關,而與保持該溫度的時間無關。但必須要於焠火後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。
經若干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,卻能給予工具鋼良好的變態環境,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多年以前瑞士鐘錶製造商已知將高耐磨耗的鐘錶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(Cryogenic Treatment)相繼應運而生,以迎合現代商品的特質
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 (Battelle Memorial Institute) 所長Gary博士發起成立超冷處理研究委員會,該委員會的宗旨是針對超冷處理能夠提昇工具鋼、鋁合金、銅合金、等耐磨耗性及防止擱置變形之研究。蒐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 Jeff Levin發展出精準的處理設備 (對流降溫、昇溫,準確的控制昇降溫的速率,恆低溫 -320°F保持,依處理物材料可設定99種保證浸透階段) 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,進行衝擊值、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。


耐磨耗比較

超冷處理與深冷處理耐磨耗性比較


而日本日立重工所發表的研究結果也和上述的結果相同,近年來超冷處理之效益於美國工業界大放異彩,均以專業超冷處理形態應用於工業界包含金屬及非金屬類。 超冷處理的技術自1991年由茂登貿易股份有限公司董事長郭達義郭達禮兄弟由美國引進國內,專業於工具鋼、合金鋼、粉末燒結合金、銅合金、鋁合金、處理技術上。 應用行業包含衝壓模具、精密下料模具、塑膠模具、切削刀具、滾齒刀、拉刀、螺絲衝模、螺絲牙板、括鬍刀片、往復式括鬍刀片、機械零件(織布機零件、拉鍊機零件、馬達軸心、精密機械軸心、針織機零件、封裝機零件)、氣動工具零件、賽車引擎、鈦金屬合金及零件、自行車鋁合金零件、自.機.汽車煞車盤煞車鼓、運動器材、高爾夫球頭、高爾夫球、電子積體電路零件、彈簧(尤其精密彈簧效果更為顯著)、電接點零件、變壓器、不銹鋼或燒結不銹鋼( 300及400系列 )零件、銅電極、點焊頭、乙快焊口、銅樂器及琴弦、CD唱片、NYLON襪、鐵弗龍等。
以上各行業之處理刀具零件均作過效益分析及實際使用測試評估,效果卓越,目前臺灣工業界成功地應用該技術持續增加,並適範圍一直再擴大,超冷處理無論理論探討及製程研究上都有很大的發展空間,在成本效益上將有極大的貢獻。

超冷處理應用系列報導(一)

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