鋼材淬火
淬火係將鋼料加熱至沃斯田鐵化溫度保持適當時間後，使其急冷以阻止Ar'變態而得高硬度麻田散鐵組織之操作稱之。其目的在於得到高強硬度麻田散鐵組織而強硬化（圖一），鋼材在沃斯田鐵化後淬火急冷時，於沃斯田鐵化溫度至Ar'溫度範圍之臨界區，冷卻速率要快，才能避開波來鐵變態以防止波來鐵形成，而當溫度降至麻田散鐵開始變態溫度(Ms)以下之危險區，冷卻速率要慢，以避免麻田散鐵產生時，因體積快速膨脹而衍生之淬裂。因此，在淬火時，為了淬火成功即得到麻田散鐵並避免淬裂，在臨界區冷速要快，在危險區冷速要慢。
圖二、淬火工件冷卻曲線及冷卻過程三階段之變化
環保水性高分子淬火液
目前各國之鋼鐵廠或熱處理加工廠的淬火調質技術，逐漸趨向於使用高分子淬火液，取代傳統的油、水淬冷系統，高分子淬火液可調整降低其冷卻速率，可防止淬火時棒材發生破裂，以及避免油淬冷系統時發生火災、產生煙霧及丟棄等問題，並兼顧調質或熱處理後材料的各項性質，藉以提高金屬強度、硬度及高附加價值。目前商業化的高分子淬火液產品有德國Petrofer、美國Houghton及Union Carbide等，其與國內基立自行開發的環保型高分子淬火液之差異分析如表二所示。
圖三、水性SQ高分子淬火液與水淬、油淬的淬冷速率比較示意圖
環保水性高分子淬火液的淬冷特性調控技術
比較基立的高分子淬火液，與純水、油及商品料(MKT Sample)的淬冷特性評估，其IVF淬冷曲線（表四與圖五）量測，顯示高分子淬火液的冷卻速率可調控介於水淬與油淬之間，在調控相同濃度時，基立SQ-1501高分子淬冷液與商品料的淬冷特性類似，但呈現較高的最大冷卻速率約140˚C/sec，而商品料最大冷卻速率約103˚C/sec，其他的淬冷特性數據類似。其中：
①水淬火介質：取純水當淬火介質，其最大淬冷速率約217˚C/sec、最大淬冷速率的溫度約602˚C、沸騰起始溫度約845˚C、對流起始溫度約40˚C、300˚C的淬冷速率約89˚C/sec、溫度至600˚C的時間約1.6 sec、至400˚C的時間約2.6 sec、至200˚C的時間約5.0 sec。
④基立SQ-1501淬火介質：基立Pilot量產的SQ-1501高分子淬火液，調配濃度（SQ淬火液/水稀釋比例約1/6）當淬火介質，其最大淬冷速率約140˚C/sec、最大淬冷速率的溫度約706˚C、沸騰起始溫度約845˚C、對流起始溫度約443˚C、300˚C的淬冷速率約15˚C/sec、溫度至600˚C的時間約2.1 sec、至400˚C的時間約6.3 sec、至200˚C的時間約19.1 sec。
國內環保水性高分子淬火液的應用與展望
工研院材化所研發團隊透過國內產學研等單位的上下游分工合作，並結合廠商及虎尾科大材料系，建立「高分子淬火液技術應用」的推廣模式（圖十一），推廣高分子淬火液技術應用於國內熱處理廠淬火處理量產化的可行性評估，已建置一套可調整攪拌模式約2噸淬火槽高分子淬火液的Pilot淬火系統（含W90 cm×L180 cm×H 150 cm淬火槽、加熱爐最高溫度1,050˚C、有效加熱空間約寬30 cm×長30 cm×高60 cm、冷卻循環及周邊設備），可進行鋼材的Pilot淬火熱處理試驗評估……上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：郭文法 / 工研院材化所