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材料閱讀時間 12 分鐘

圖上那行熱處理標註,現場到底要做什麼

熱處理是圖上字數最少、對成本影響卻最大的一行字。它決定了工序順序、刀具選擇,以及這個零件會不會變形。

01五種常見熱處理

名稱做什麼目的典型硬度
退火 Annealing加熱後爐冷軟化、消除內應力、改善切削性HB 150 ~ 200
正火 Normalizing加熱後空冷細化晶粒、均勻組織HB 170 ~ 250
淬火 Quenching加熱後急冷得到麻田散鐵,硬度最高HRC 55 ~ 65
回火 Tempering淬火後再加熱保溫降低脆性、穩定尺寸依溫度而定
調質 Q&T淬火+高溫回火強度與韌性的平衡HRC 25 ~ 35
淬火後必須回火,只淬不回的零件脆到不能用。

02表面硬化:外硬內韌

很多零件需要表面耐磨、心部有韌性,齒輪、凸輪、軸類都是。這時候用的是表面硬化,而不是整體淬火。

方法原理硬化層深度適用材料
滲碳淬火表面滲入碳後淬火0.3 ~ 2.0 mm低碳鋼 SCM415、SCr420
氮化表面滲入氮,不需淬火0.1 ~ 0.6 mm含 Al/Cr/Mo 的氮化鋼
高頻淬火感應加熱表層後急冷0.5 ~ 5 mm中碳鋼 S45C、SCM440
火焰淬火火焰加熱表層後急冷1 ~ 6 mm中碳鋼、鑄鐵
氮化溫度低(約 500 °C),變形最小,適合已精加工的件。

圖上的標註通常寫成「滲碳淬火 HRC58-62,有效硬化層深 0.8-1.2 mm」。三個資訊都不能少:方法、表面硬度、硬化層深度。只寫硬度不寫層深,等於沒有指定耐磨壽命。

03硬度標示怎麼讀

標度壓頭與荷重適用換算
HRC120° 鑽石錐, 150 kgf淬火鋼、HRC 20 ~ 70最常用
HRB1.588 mm 鋼球, 100 kgf軟鋼、銅合金HRB 100 ≈ HRC 20
HV(維氏)正四角錐鑽石薄件、硬化層、鍍層HV 550 ≈ HRC 52
HB(布氏)鋼球或碳化物球鑄件、大件、粗晶粒HB 300 ≈ HRC 32
硬度標度之間的換算是經驗值(ISO 18265),不是精確轉換,圖上要求哪一種就量哪一種。

04熱處理排在哪一道,決定整條工序

同一個零件,熱處理排在精加工之前之後,工序完全不同。

  1. 排在精加工之前(先熱後磨):熱處理的變形可以在後續加工中修掉,尺寸精度好。但材料已經硬化,只能用磨削或硬車,成本高、效率低。
  2. 排在精加工之後(先加工後熱):可以用一般切削加工,效率高。但熱處理的變形無法修正,圖面公差必須放寬到能容納變形量。
  3. 兩段式:粗加工 → 調質 → 精加工 → 表面硬化 → 研磨。高精度齒輪與軸類的標準做法,工序最長、成本最高。

所以看到「HRC58-62」與「圓柱度 0.005」同時出現在一張圖上,就等於指定了熱處理後必須研磨,這一點在報價時漏掉,整張單的毛利就沒了。

05尺寸也會變

麻田散鐵的比容大於沃斯田鐵,淬火後零件會脹大,碳鋼典型的線性變化在 +0.05% 到 +0.15% 之間。一根 200 mm 的軸淬火後可能長了 0.1 ~ 0.3 mm。此外還有因冷卻不均造成的翹曲與橢圓。

  • 對策一:熱處理前留研磨餘量(一般單邊 0.1 ~ 0.3 mm)。
  • 對策二:對稱設計、避免厚薄劇變,減少冷卻不均。
  • 對策三:使用夾具淬火或壓床淬火,約束變形方向。
  • 對策四:改用變形較小的方法(氮化取代滲碳淬火)。