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AISI S7工具鋼之滲碳研究

A study of carburization of AISI S7 tool steel

邱六合*, 陳昱仁*,黃家寶*,徐慶宗*

Liu-Ho Chiu, Yu-Jen Chen, C.P Huang, Ching-Tsung Hsu

*大同大學材料工程學系

摘要

AISI S7工具鋼進行乙炔為增碳性氣氛的

950℃及1000℃滲碳熱處理,經氮氣冷卻,部

分試片經深冷處理後,以不同溫度回火,來

探討S7工具鋼的顯微結構及特性的變化。由

金相組織觀察,知S7工具鋼經950 ℃及1000

℃真空滲碳處理均有明顯滲碳層存在,但

1000℃滲碳件有較大原沃斯田體晶粒及殘留

沃斯田鐵含量,且有明顯網狀結構。S7工具

鋼經1000℃真空滲碳,氣淬及低溫回火處

理,其表面滲碳層具有高碳工具鋼之高溫淬

火易有大量殘留沃斯田體而降低硬度,而高

溫回火則有碳化物析出導致二次硬化之硬度

提升現象。由950℃真空滲碳件,說明在500

℃以下回火滲碳件的KIC值均較淬火原材之

KIC值低;但對600℃淬火回火件,KIC值則明

顯會因滲碳而提高。綜論之,真空滲碳處理

配合高溫回火處理,確可達到提供S7工具鋼

表面高硬度且擁有高破裂韌性值。

關鍵詞:AISI S7、破裂韌性、衝擊韌性、回

火脆性。

Abstract

The effects of vacuum carburizing

followed by various tempering temperatures on

the properties of AISI S7 shock-resistant tool

steel have been studied. The AISI S7 tool steel

specimens are. As specimens carburized at

950℃ and 1000℃ were tempered at low

temperature (200℃), the surface hardness of the

specimens carburized at 1000℃ are lower than

those of the specimens carburized at 950℃, due

to the large amount of retained austenite in the

cases of the specimens carburized at 1000℃.

When those specimens are tempered in the range

between 450℃ to 550℃, the surface hardness of

carburized specimen show a modest increase due

to the secondary hardening effects. According to

the fracture toughness data, the toughness of the

specimen carburized and tempered at 600℃ was

74 MPa.m1/2.

Keywords: shock-resistant tool steel, vacuum

carburizing, tempering, fracture

toughness

1. 前 言

含碳量低於 0.2wt%之碳鋼表面硬化,常利

用 880~930℃溫度進行滲碳使表層變為高碳後

再淬火回火,達到表面層硬度高而耐磨,而心

部硬度低具高韌性之組合(1-3)。但對具結構與工

具用途的零件要求耐磨(高硬度、高強度)及高

韌性之組合,低碳鋼表面硬化件並無法完全滿

足。但利用高碳淬火回火鋼材而言,硬又韌的

特性組合實難兼得,如 Crane and Bigg(4)以

M2、T1、A2 及 S1 工具鋼製作破裂韌性試片,

進行各種不同熱處理,嘗試在不失去硬度下尋

求最大韌性,所獲得結果說明 S1 工具鋼可以

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得到較大破壞韌性值(48MPa.m1/2)。耐震工具

鋼為中碳鉻鉬釩合金鋼,此系列鋼種具有容易

加工及熱處理特性,專為需要耐衝擊應用而開

發,可適用於如衝頭、壓板與滾齒輥子等冷作

衝擊工具。具有螺牙及衝孔等形狀不規則或不

連續零件,因為形狀所產生應力集中效應,在

具衝擊條件下對韌性之要求更為殷切。故有針

筒 S7 耐震工具鋼研究,得到在 54HRC 具有

54 MPa.m1/2 破壞韌性值,可以滿足部分需

求,但高韌性的熱處理條件所提供相對之硬度

即耐磨性仍不足(5)。

因此結合淬火回火與滲碳處理,對如 S7

之中高碳合金鋼提供表面高的碳量,再與其內

的鉻鉬釩等碳化物合金元素結合而產生表面

具有二次回火硬化作用的工具鋼,來提供較高

耐磨特性是否為恰當而可行,以及耐破壞韌性

效果是否會加強均值得探討。

真空滲碳利用真空斷熱做高溫處理、小孔

內面的滲碳性良好、無污染及省能源降低成本

等優點,因此被認為可能取代傳統的滲碳熱處

理製程(6)。近年來歐、美、日之學者與業者均

投入大量研究,且在真空的環境下,可不虞工

作物的氧化,並改善產品的機械性質,且在環

境方面也不會產生 CO2,且可斷續運轉而省能

源(6)。真空滲碳通常直接通入烷類氣體當作滲

碳之原料氣體,而文獻(7-8)指出炔類氣體由於

具有未飽和之碳氫鍵結構,在高溫下極易分解

成活性碳原子,以提供滲碳所需的碳勢。而作

用包含了三個基本步驟:氣體的解離、碳原子

的吸附、碳原子的擴散。Chen 及 Liu (9)研究得

到滲碳氣體 C2H2 滲碳效果是直接吸著,有助

於小孔面的滲碳性,並說明其適合深孔滲碳處

理。

因乙炔具有較好的滲碳性(10-11),故本研究

擬進行 AISI S7 工具鋼選用乙炔為增碳性氣氛

的 950℃及 1000℃滲碳熱處理,然後進行噴入

氮氣冷卻。部分試片再施以液態氮深冷處理 2

小時,並分別於 200℃、300℃、400℃、450℃、

500℃、550℃及 600℃不同溫度回火,以探討

S7 工具鋼的顯微結構及特性的變化。

2. 實驗步驟

2.1 實驗材料

以直徑 25mm 的 AISI S7 耐震工具鋼棒為

實驗材料,輝光放電分析儀(GDOS)分析鋼材

之化學組成如表 1。收料之微觀結構為球狀雪

明碳鐵散佈在肥粒鐵基底的組織,硬度 17

HRC。因為檢驗、量測及分析方式不同,所以

依規範製作各試片:將 S7 棒材加工成每片

長、寬、高各 13mm 之滲碳用試片,用以觀察

微觀結構、量取 HRC 硬度及 HV 微硬度,之

後進行真空滲碳熱處理。另將 S7 棒材,依照

ASTM E 399-90(12)規範製作破裂韌性試片。

表 1 AISI S7 工具鋼化學組成(wt﹪)

C Si Mn Cr Mo VS7 實驗材 0.472 0.237 0.716 3.012 1.515 0.29

規範0.45-0.55

0.20-1.00

0.20-0.90

3.00-3.50

1.30-1.80

0.2-0.3

2.2 滲碳熱處理

採用臻龍公司兩腔式真空熱處理爐進行

真空滲碳,真空爐具設備如 Fig.1 所示。滲碳

氣體選用乙炔為增碳性氣氛。試片熱處理條件

為於 650~700℃進行均溫預熱,持溫 30 分鐘,

接著升溫至950℃及1000℃進行沃斯田鐵化及

滲碳處理,滲碳時間分別為 0.5、1 及 2 小時,

然後移到外腔噴入氮氣冷卻。部分試片再施以

液態氮深冷處理 2 小時,並分別於 200℃、

300℃、400℃、450℃、500℃、550℃及 600℃

不同溫度回火,持溫 2 小時。

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Fig. 1 Schematic of the vacuum furnace

綜合以上,以實驗鋼材針對AISI S7

工具鋼真空滲碳熱處理之參數設定及熱

處理方式分別如Fig.2及Fig.3所示。

Fig. 2 A thermal processing cycle

Fig. 3 Process sequences for vacuum and

carburizing.

2.3 滲碳層分析

2.3.1 顯微組織觀察

滲碳處理試片以砂輪切割適當大小,經

鑲埋、研磨、拋光,再以 Nital 浸蝕液(5% HNO3

+ 95% C2H5OH) 處 理 後 , 使 用 Olympus

BHM-112B 型光學顯微鏡(Optical Microscope)

觀察其顯微組織。

2.3.2 TEM 微結構觀察

滲碳試片表面以慢速切割機切取約 0.5mm

之厚度,之後以砂紙研磨至 0.1mm 厚度並磨至

1000 號砂紙,接著試片衝壓成 3mm 直徑之薄

片,再以 1200 號砂紙研磨至 0.06mm,之後進

行 Double-Jet 電解拋光。電解拋光液為 70﹪體

積百分比的乙醇、25﹪的甘油與 5﹪的過氯酸

之混合溶液,溶液溫度控制在 0℃,工作電壓

為 50V,在薄片中央電解出小孔,小孔周圍之

薄區即 TEM觀察之區域。所使用 TEM 為 Jeol

2000CX Ⅱ型,工作電壓 200kV。

2.4 機械性質測試

2.4.1 HRC 硬度量測

使用 Matsuzawa Seiki MARK-M2 型洛氏

(Rockwell)硬度試驗機,測試各個不同溫度回

火試片之硬度值。每一試片均打三點洛氏硬度

值(HRC),再求其平均值。

2.4.2 HV 微硬度量測

使用 Future-Tech FM-7 微硬度機進行維克

氏(Vickers) 微硬度值測試。為求實驗數據穩定

正確測試前需先拋光,測試方式由表面至心部

每 0.05mm 打一點硬度值,直到硬度值下降至

一低值不再變化為止,此可觀察滲碳深度與硬

度之走向趨勢。操作條件為荷重 300g,壓痕停

留時間為 10 秒。

2.4.3 破裂韌性測試

依照 ASTM E 399-90 規範(12),利用 MTS

810.13 型動態萬能試驗機進行 mode I 型式試

片之預裂與拉斷之試驗步驟,並計算破裂韌性

值。若符合規範要求,則稱為『平面應變破裂

韌性』(KIC),否則為『平面應力破裂韌性』

(KQ)。

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3.結果與討論

3.1 金相微觀結構

Fig.4 為S7工具鋼經950℃滲碳1小時、氮

氣淬冷及再經300℃、500℃、550℃、600℃回

火處理試片之橫截面金相組織。S7工具鋼的

沃斯田體化溫度為940-960℃,在950℃進行滲

碳處理,近表面與心部之組織大都為針狀麻

田體之組織,表層與心部並無明顯差異。

Fig.4 Microstructures of the S7 tool steel

specimens carburized at 950℃ for 1 hour (a)

as-quenched, and quenched and tempered at (b)

300oC, (c) 500 oC, (d) 550 oC and (e) 600 oC.

Fig. 5 為S7工具鋼經1000℃滲碳1小

時、氮氣淬冷及再經300℃、500℃、550℃、

600℃回火處理試片之橫截面金相組織。Fig.

5(a)為S7工具鋼經1000℃滲碳1小時氮氣氣

淬試片之橫截面金相組織,與950℃滲碳試片

比較,表面滲碳層能清楚看到碳化物網狀及

散佈有析出相的相對耐蝕性較高的基地結

構,心部與表層組織則有明顯差異,可以看

到其散佈析出相已逐漸減少。同時也可以看

到大顆粒的晶粒邊界。如5(b~e)所示,高溫

回火試片除滲碳層網狀結構仍然存在,其間

的基地組織已有更多的微細析出相導致其腐

蝕後組織複雜化。

Fig.5 Microstructures of the S7 tool steel

specimens carburized at 1000℃ for 1

hour (a) as-quenched, and quenched and

tempered at (b) 300oC, (c) 500 oC, (d) 550oC and (e) 600 oC.

S7 工具鋼經 1000℃滲碳 1 小時、淬火、深

冷及再經 300℃、500℃、550℃、600℃回火試

片之橫截面金相組織如 Fig. 6 所示。6(a)為

S7 工具鋼經 1000℃滲碳 1 小時氮氣氣淬試片

之再經深冷處理橫截面金相組織,其組織與未

經深冷者差異不大,同樣可以看到大的晶粒邊

界以及散佈析出相。同樣地經深冷後試片經高

溫回火試片,如 6(b~e)所示除滲碳層網狀結

構仍然存在,其間的基地組織已有更多的微細

析出相導致其腐蝕後組織複雜化。但從另6(e)

所示,除滲碳層網狀結構依然存在,其間的基

地組織已有更多的針狀組織,展現出 600 度的

回火效遠超過 300 度所能提供,散佈有針織組

(a) (b)

(c) (d)

(a) (b)

(c) (d)

(e)

(e)

Page 5: AISIS7工具鋼之滲碳研究 - yoke

織及其間之白色基地說明其或多或少仍有殘

留沃斯田體存在。

Fig.6 Microstructures of the S7 tool steel

specimens carburized at 1000 for 1℃

hour (subzero) (a) as-quenched, and

quenched and tempered at (b) 300oC, (c)

500 oC, (d) 550 oC and (e) 600 oC.

3.2 硬度 (HRC)

S7工具鋼經950℃滲碳0.5小時、1小時、2

小時淬火(無深冷處理),經不同回火溫度之表

面硬度分佈圖如Fig.7。如圖可看到試片表面

硬度由200℃回火溫度的60HRC,依序降低至

回火溫度600℃時的50HRC左右,其中於回火

溫度500℃時硬度值比400℃稍有回升,除有明

顯回火軟化抵抗的能力,甚至在500℃可些微

觀查有二次回火硬化現象發生。三種滲碳時

間均有相同趨勢。S7工具鋼心部硬度隨回火

溫度的提升而降低,心部硬度所成表現的趨

勢與表面硬度相同,只是硬度值大都低於表

面約5HRC。

200 300 400 500 60040

45

50

55

60

65

70

Har

dnes

s(H

RC

)

Tempering Temperature (℃)

950℃ carburized for 0.5 h (nonsubzero)950℃ carburized for 1 h (nonsubzero)950℃ carburized for 2 h (nonsubzero)

Fig.7 The surface hardness of the carburized

S7 tool steel as a function of tempering

temperature at different carburizing time

under 950℃.

Fig.8 為 1000℃滲碳 0.5 小時、1 小時、2

小時淬火(無深冷處理),經不同回火溫度之表

面硬度分佈圖。滲碳 0.5 小時回火溫度之硬度

僅 54HRC,1 小時及 2 小時更低至 47HRC 左

右,針對 S7 工具鋼經 1000℃滲碳 1 小時淬火

試片表面作 X光繞射所得之圖形,結果顯示表

面組織主要為雪明碳鐵、麻田散鐵與殘留沃斯

田鐵,大量殘留沃斯田鐵相說明表面硬度降低

之原因,後續 TEM分析亦得到相同結果。相

對的,S7 工具鋼 1000℃滲碳淬火試片心部硬

度不會有低溫回火硬度降低的現象,但亦隨回

火溫度的提升而降低,有明顯回火軟化抵抗的

能力,甚至在 500℃時可些微觀查有二次回火

硬化現象發生。

相較於心部硬度,表面硬度呈現出與心部

有很大差異,因表面具有較高的含碳量,使得

表層組織在剛由 1000℃持溫後淬火時,含有

大量殘留沃斯田體,因而表現出較低的硬度

值。一般而言,在 300℃回火已能使殘留沃斯

田體變態成為麻田散體,因此硬度逐漸提升,

在 500℃回火時,硬度爬升更高,高於 S7 工

(e)

(a) (b)

(c) (d)

Page 6: AISIS7工具鋼之滲碳研究 - yoke

具鋼基材,明顯呈具有二次回火硬化現象。因

此表示 S7工具鋼經 1000℃真空滲碳之滲碳層

產生成份變化,相應誘發性質變動都有高碳工

具鋼的特性。300℃、400℃回火硬值逐漸提

升,500℃回火硬度稍有回升現象,600℃回火

則稍降至 55HRC 左右。

200 300 400 500 60040

45

50

55

60

65

70

Har

dnes

s(H

RC

)

Tempering Temperature (℃)

1000℃ carburized for 0.5 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 1 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 2 h (nonsubzero)

Fig.8 The surface hardness of the carburized

S7 tool steel as a function of tempering

temperature at different carburizing time under

1000℃.

Fig.9 為 950℃及 1000℃滲碳 1 小時深冷

處理與無深冷處理淬火,經不同回火溫度之表

面硬度分佈圖。950℃滲碳 1 小時深冷處理與

無深冷處理淬火,其表面硬度由回火溫度

200℃的 60HRC,硬度值依序降低至回火溫度

600℃時的50HRC左右,其中於回火溫度500℃

時硬度值亦有跳升現象,1000℃滲碳 1 小時深

冷處理,其表面硬度值亦有相同趨勢,於回火

500℃時硬度值會跳升。1000℃滲碳 1 小時無

深冷處理則其表面硬度相對較低,由回火溫度

200℃的 43HRC,硬度值依序升高至回火溫度

600℃時的 57HRC 左右,應為大量殘留沃斯田

體的關係。

200 300 400 500 60040

45

50

55

60

65

70

Har

dnes

s(H

RC

)

Tempering Temperature (℃)

950℃ carburized for 1 h (nonsubzero)950℃ carburized for 1 h (subzero)1000℃ carburized for 1 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 1 h (subzero)

Fig.9 The surface hardness of the carburized S7

tool steel as a function of tempering

temperature at given condition.

整體而言,在 500℃回火時,硬度爬升更

高,高於 S7 工具鋼基材,明顯呈具有二次回

火硬化現象。因此表示 S7 工具鋼經 1000℃真

空滲碳之滲碳層產生成份變化,相應誘發性質

變動都有高碳工具鋼的特性。而在 600℃回火

時,更有表面硬度 56HRC 而心部硬度為 46HRC

之組合,可以提供心部有一定強度與軔性,而

表面高硬度之特性組合。

相對於表面硬度的變化,各組試片橫截面

微硬度曲線經分析如下,以進一步討論 S7 工

具鋼滲碳效益。Fig.10 為 950℃及 1000℃滲碳

1小時深冷處理與無深冷處理淬火試片縱深硬

度分佈圖。950℃滲碳 1 小時深冷處理與無深

冷處理淬火,有表面 950 及 900HV0.3Kg降至深

度 1.2mm 處的 800HV0.3Kg,1000℃滲碳 1 小時深

冷處理與無深冷處理淬火,則在表面深度 0.2

及 0.4mm 處硬度降至 750 及 400HV0.3Kg,無深

冷處理淬火試片之低硬度值應為表面殘留大

量沃斯田體之故。

Page 7: AISIS7工具鋼之滲碳研究 - yoke

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Har

dnes

s(H

V0.

3kg)

Depth (mm)

950℃ carburized for 1 h (nonsubzero)950℃ carburized for 1 h (subzero)1000℃ carburized for 1 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 1 h (subzero)

Fig.10 Hardness profiles of S7 steel specimens,

carburized at 950℃and 1000℃ for 1 hour

and quenched.

Fig.11 為 950℃及 1000℃滲碳 1小時深冷

處理與無深冷處理淬火,再經 300℃回火縱深

硬度分佈圖。950℃滲碳 1 小時深冷處理與無

深冷處理淬火及 1000℃滲碳 1 小時深冷處

理,其表面硬度值分別為 800、730 與 860HV0.3Kg

緩慢降低至深度 1.2mm 處的 600HV0.3Kg左右,

而 1000℃滲碳 1 小時無深冷處理其表面至

0.4mm 深度之硬度值已提升至 500HV0.3Kg 以

上,應為 300℃回火後殘留沃斯田體量減少所

致。

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Har

dnes

s(H

V0.

3kg)

Depth (mm)

950℃ carburized for 1 h (nonsubzero)950℃ carburized for 1 h (subzero)1000℃ carburized for 1 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 1 h (subzero)

Fig.11 Microhardness profiles of the carburized

S7 steel specimens at given conditions and

tempered at 300 .℃

Fig.12 為 950℃及 1000℃滲碳 1小時深冷

處理與無深冷處理淬火,再經 550℃縱深硬度

分佈圖。950℃滲碳 1 小時深冷處理與無深冷

處理淬火及 1000℃滲碳 1 小時深冷處理,其表

面硬度值大約為 700HV0.3Kg 上下,隨後緩慢降

低至深度1.2mm處的550HV0.3Kg左右,而1000℃

滲碳 1 小時無深冷處理者,其表面硬度反而相

對較高,應為殘留沃斯田體量變態為麻田散體

與析出二次硬化碳化物所致。

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Har

dnes

s(H

V0.

3kg)

Depth (mm)

950℃ carburized for 1 h (nonsubzero)950℃ carburized for 1 h (subzero)1000℃ carburized for 1 h (nonsubzero)1000℃ carburized for 1 h (subzero)

Fig.12 Microhardness profiles of the carburized

S7 steel specimens at given conditions and

tempered at 550℃.

3.3 TEM 微觀組織

TEM 試片之取樣位置為離試片表面約

0.2mm 處,Fig. 13 為 S7 工具鋼在 1000℃滲碳

1 小時淬火後其滲碳層之 TEM 明視野影像。

圖中顯示的組織屬要為麻田散體與殘留沃斯

田體,因大量殘留沃斯田體的存在,所以造成

表面硬度較低的結果。

1000℃滲碳 1 小時淬火後經 300℃回火 2

小時其滲碳層之 TEM 影像。麻田散體為主要組

織,相較於淬火試片之影像,殘留沃斯田體明

顯減少。

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1000℃滲碳 1 小時淬火經 500℃回火其滲

碳層之 TEM 分析,得到較長之黑斑點狀者呈

現高合金工具鋼會在 500℃回火時,殘留沃斯

田體變態形成麻田散體及微細的碳化物析

出,造成在 500℃回火的硬度值逐漸爬升。

Fig.13 TEM bright field image of S7 specimen

carburized at 1000 then quenched with℃

nitrogen gas.

Fig.14 TEM bright field image of S7 specimen

carburized at 1000 then quenched with℃

nitrogen gas and tempered at 600℃.

Fig.14 為 1000℃滲碳 1 小時淬火經 600℃

回火試片其滲碳層之 TEM 照片,相較於經 500

℃回火,可清楚看出析出物的明顯粗化。合金

鋼在較高的回火溫度時,合金元素容易擴散形

成碳化物析出物造成二次硬化效應,而碳化物

的結晶結構與化學組成會因合金元素的種類

而不同。含鉻的工具鋼中,析出物結構隨回火

溫度的提升,可為 M3C 然後 M7C3在來為 M23C6,

若工具鋼 Mo 含量高,則析出物結構隨回火溫

度的提升,可為 M3C 然後 M2C 在來為 M6C(13)。與

Fig. 9 的滲碳淬火件表面硬度的變化比對,

說明 S7工具鋼經 1000℃真空滲碳之滲碳層產

生的相變化,除能提供回火軟化抵抗更具有二

次回火硬化的特性。

3.4 破裂韌性分析

Fig.15 表示 S7工具鋼經不同時間 950℃滲

碳淬火,再分別經 300℃及 600℃回火試片之破

裂韌性值。Crane與 Bigg(4)提及以AISI T1、 M2、

A2 與 S1 試片,經不同回火熱處理得到 50HRC

左右之硬度,其中以 S1 試片的值最高 48 MPa‧

m1/2。而下 S7 工具鋼因具有較高之合金含量,

實驗所獲得的 KIC值為 53.2MPa‧m1/2,所對應的

硬度值為 54±2 HRC,強度及破壞韌性機械性質

組合(5)。另由 950℃真空滲碳件裂韌性值,說明

在 500℃以下回火滲碳件的 KIC 值均較淬火原

材之 KIC 值低;但對 600℃淬火回火件,KIC值

則明顯會因滲碳而提高。

0 1 240

50

60

70

80

90

KIC

(MPa‧

m1/

2)

Carburizing Time (h)

950℃ carburized and tempered 300℃950℃ carburized and tempered 600℃

Fig.15 Fracture toughness of S7 tool steel

specimen carburized at 950 and tempered at℃

300 and 600 as function of carburizing℃ ℃

time.

但由 Fig.15 顯示 950℃淬火再經 300℃回火試

片之破裂韌性值為 55MPa‧m1/2,可與文獻 5 所

得結果相近,然而經滲碳處理對 300℃回火之

γ

γ

γ

Μ

Page 9: AISIS7工具鋼之滲碳研究 - yoke

破裂韌性值卻造成下降。但淬火經 600℃回火

之破裂韌性則為 55MPa‧m1/2相較高於 300℃回

火。但經滲碳處理對 600℃回火之破裂韌性值

卻提高之效益。此與 Lee 等人(14)對 AISI 8620

鋼材經滲碳處理後提高裂韌性值有相同結

論,表示心部具軔性而表面提高硬度即強度之

結構有助於提高裂韌性值

4.結論

S7 工具鋼經 950 ℃及 1000℃真空滲碳處

理均有明顯滲碳層存在。S7 工具鋼經 1000℃

真空滲碳,氣淬及低溫回火處理,從 X-Ray 與

TEM 之微觀結構觀察,其表面滲碳層具有高碳

工具鋼之高溫淬火易有大量殘留沃斯田體而

降低硬度,而高溫回火則有碳化物析出導致二

次硬化之硬度提升現象。因此表示 S7 工具鋼

經 1000℃真空滲碳之滲碳層產生成份變化,

相應誘發性質變動都有高碳工具鋼的特性。而

在 600℃回火時,更有表面硬度 56HRC 而心部

硬度為 46HRC 之組合,可以提供心部有一定強

度與軔性,而表面高硬度之特性組合。由 950

℃真空滲碳件說明 600℃淬火回火件 KIC 值明

顯會因滲碳而提高。綜論之,真空滲碳處理配

合高溫回火處理,確可達到提供 S7 工具鋼表

面高硬度且擁有高破裂韌性值。

致謝感謝國科會計畫案 NSC91- 2622- E- 036-

004- CC3 經費上之協助。

參考文獻

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