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機械工業雜誌
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摘要
真空熱處理（Vacuum Heat Treatment）是目前台灣熱處理業界的主要技術，應用對象涵蓋了模具、刀具、工具、零件等之退火、硬化、固溶與時效、硬銲等製程。有別於早期的鹽浴爐與氣氛爐，真空熱處理是在抽除空氣後，讓被處理物在氮氣的保護下進行升溫與持溫，然後採用高壓氣淬或油冷方式急速冷卻，達到麻田散鐵化的目的，因此被處理物的表面具有金屬光澤。由於作業環境佳、品質的再現性穩定與被處理物的色澤優良，因此已成為刀、工、模具的主要處理方式；由於真空熱處理的應用領域相當廣範，無法逐一詳述，本文謹就模具類的應用領域，說明真空熱處理的特點、應用範圍與生產上常遭遇的問題點。
Abstract
Vacuum heat treatment has become the maintechnology applied in the heat treatment industries in Taiwan now. The application fields of vacuum heat treatment including the annealing、hardening、solution、aging and brazing processes of the molds(dies)、tools、cutting tools、machine parts…etc.. Vacuum heat treatment process is different from the salt-bath and atmospheric furnace technologies. After pumping out of the air, the treated parts are heated up and soaked under N2 protective atmosphere，then rapid cooling by high pressure gas or immerse in oil to transfer the parts to martensitic structure and show the brightness of the surface of the parts.
Vacuum heat treatment has the advantages of better operation atmosphere，stable and reproducible of the quality of the parts and the excellent bright color of the treated parts and has become the major treatment technology for tools and molds(dies). This paper will focus on the application of vacuum heat treatment of the molds (dies) and describe the advantages, major application fields and the problems encountered in the manufacturing process.
前言
真空爐早在1927 年就已經問世[1]，初期由於設備昂貴，對於真空技術也還在摸索之中，因此延宕至1960 年代中期才得以蓬勃發展起來；這一階段的真空爐尚不足以用來做為鋼鐵材料的硬化製程，實際的應用只侷限於鈦、鉬、鋯、釩…等高熔點且化學性質活潑金屬之退火與脫氣處理上。隨著設備上的瓶頸逐一被克服之後，如熱風循環加熱解決了升溫慢且不均勻的現象，分壓功能使得被處理物無脫碳之虞，高壓或高流速氣體冷卻克服了大型模具與高速鋼的淬火瓶頸等，近二十年來，真空爐幾乎已完全取代傳統的氣氛爐與鹽浴爐，儼然成為高合金材料熱處理的唯一選擇，應用領域也從刀、工、模具的硬化處理，拓展至鈦合金與超合金的固溶化與時效析出，真空硬銲，真空燒結，甚至真空氮化與真空滲碳等製程。
台灣地區於1979 年開始引進真空熱處理爐[2]，1983 年後設備數量急劇增加，目前全台的真空熱處理爐數量已超過百台以上。早期的設備大都由專業熱處理廠購置，氣冷壓力介於2~3 Bar 之間，不具備熱風循環加熱功能，因此對於大型模具或高速鋼類工具常有力猶未怠的窘境，而且是在真空中加熱的緣故，勢必造成表面輕微脫碳的現象，因此截至目前為止，都還有人對真空熱處理的品質抱著存疑的態度，這都是初期設備未臻完善所帶來的刻板印象。1988年金屬工業研究發展中心首先引進5 Bar 的真空爐來執行科技專案後，高壓氣淬式真空爐才逐漸成為市場上的主流，隨著製造技術的精進，最近十年來不僅10 Bar的高壓氣淬及熱風循環加熱（Convection Heating）功能已成為標準配備，而為了提升自有產品品質而設立的兼業熱處理廠也陸續增加中，圖一即是鑽全公司所設立12 Bar 的高壓氣冷式真空熱處理爐。
真空熱處理的程序
真空熱處理，顧名思義，好像就是在真空當中進行的熱處理，其實並不然，較先進的真空熱處理爐大都配備有熱風循環加熱的功能，也就是在抽除進爐時腔體內保留下來的空氣後，由供氣系統灌入一大氣壓以上的氮氣，藉著攪拌風扇的轉動讓工件在氮氣的循環保護下升溫，此項功能除了讓被處理物不受氧化或脫碳之外，最大的效益是讓被處理物能夠快速且均勻的升溫。其原理乃在於低溫階段中，熱風循環加熱方式的熱量傳遞效率遠高於真空中的輻射傳導；如圖二所示，藉由熱風循環加熱可較輻射加熱大幅縮短升溫時間[3]。
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2008年07月號
(單篇費用：參考材化所定價)