本發(fā)明涉及一種金屬材熱處理方法，尤其是一種通過控制冷卻速度以改變金屬材的機械特性的熱處理方法。

背景技術(shù)：

在金屬材的加工程序中，熱處理程序可改變金屬材本身的機械特性，以鋼材的熱處理程序為例，當該鋼材被加熱到一特定溫度時，可通過一冷卻裝置對該鋼材進行冷卻，且該冷卻裝置可通過控制該鋼材的冷卻溫度以改變該鋼材的組織狀態(tài)，進而使該鋼材符合特定的剛性或延展性等機械特性。

請參照圖1所示，其公開一種熱軋鋼板的制造裝置9，該制造裝置9根據(jù)一鋼材S的輸送方向而依序設(shè)有一熱軋加工機91、一急速冷卻機組92及一熱循環(huán)冷卻機組93，當該鋼材S通過該熱軋加工機91以成型為一預定形狀后，該鋼材S可接著通過該急速冷卻機組92以進行急速冷卻，最后，該鋼材S會進入該熱循環(huán)冷卻機組93，該熱循環(huán)冷卻機組93可將該鋼材S的溫度控制于一預定溫度，借此調(diào)整該鋼材S的機械特性。關(guān)于運用上述制造裝置9的熱處理方法，可參見中國臺灣公告號第I445581號的專利案。

但是，該鋼材S的機械特性除了會因為冷卻溫度的差異而改變外，更會因為冷卻速度的不同而有所變化，在現(xiàn)有技術(shù)中熱處理程序僅控制冷卻溫度卻忽略冷卻速度的情況下，現(xiàn)有技術(shù)的熱處理程序無法使鋼材等金屬材符合特定的機械特性。

有鑒于此，本發(fā)明遂提供一種金屬材熱處理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的熱處理程序無法制作符合特定機械特性的金屬材的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬材熱處理方法，該金屬材熱處理方法可通過控制冷卻速度以改變金屬材的機械特性，具有制作符合特定機 械特性的金屬材的效果。

為達到前述發(fā)明目的，本發(fā)明所運用的技術(shù)方案包括：

一種金屬材熱處理方法，包括：以一加熱治具對一金屬材加熱至一第一溫度；及以一冷卻裝置對該金屬材執(zhí)行一快速冷卻程序，使該金屬材由該第一溫度快速下降至一第二溫度，該快速冷卻程序具有使該金屬材降溫的一快速降溫速率，該快速降溫速率的范圍介于80℃/sec～200℃/sec。通過上述方法以控制金屬材的冷卻速率，達到制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，該冷卻裝置具有一噴流機構(gòu)，該噴流機構(gòu)通過噴射一冷卻液以執(zhí)行該快速冷卻程序，借此具有冷卻金屬材的效果。

其中，在該快速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)于噴射該冷卻液時具有一快速射流流量，該快速射流流量介于60L/min～1000L/min，借此具有以快速降溫制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，在該快速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)所噴射的該冷卻液接觸該金屬材時具有一快速射流壓力，該快速射流壓力介于70bar～300bar，借此具有以快速降溫制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，以該冷卻裝置對該金屬材執(zhí)行一慢速冷卻程序，使該金屬材由該第二溫度慢速下降至一第三溫度，該慢速冷卻程序具有使該金屬材降溫的一慢速降溫速率，該慢速降溫速率的范圍介于50℃/sec～80℃/sec，借此控制金屬材的冷卻速率，達到制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，該冷卻裝置具有一噴流機構(gòu)，該噴流機構(gòu)通過噴射一冷卻液以執(zhí)行該慢速冷卻程序，借此具有冷卻金屬材的效果。

其中，在該慢速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)于噴射該冷卻液時具有一慢速射流流量，該慢速射流流量介于20L/min～60L/min，借此具有以快速降溫制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，在該慢速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)所噴射的該冷卻液接觸該 金屬材時具有一慢速射流壓力，該慢速射流壓力介于30bar～70bar，借此具有以快速降溫制作符合特定機械特性的金屬材的效果。

其中，該冷卻裝置具有一輸送機構(gòu)，該輸送機構(gòu)為該金屬材進行冷卻時，帶動該金屬材朝一輸送方向移動，借此具有輸送金屬材的效果。

其中，該冷卻裝置具有一噴流機構(gòu)，該噴流機構(gòu)通過噴射一冷卻液以冷卻該金屬材，該冷卻液具有一行進方向，該行進方向與該輸送方向夾有一傾斜角度，該傾斜角度介于15°～90°，借此維持適當?shù)臒峤粨Q，以及在執(zhí)行該快速冷卻程序時，提升該冷卻液沖刷該金屬材表面的氣膜的效果，以及在執(zhí)行該慢速冷卻程序時，提升該冷卻液去除該金屬材表面的銹皮的效果。

其中，該傾斜角度為45°，借此維持適當?shù)臒峤粨Q，以及在執(zhí)行該快速冷卻程序時，提升該冷卻液沖刷該金屬材表面的氣膜的效果，以及在執(zhí)行該慢速冷卻程序時，提升該冷卻液去除該金屬材表面的銹皮的效果。

其中，該輸送機構(gòu)于該金屬材進行冷卻時，在該金屬材朝該輸送方向移動的狀態(tài)下，驅(qū)使該金屬材以平行該輸送方向的軸線而自轉(zhuǎn)，借此維持適當?shù)臒峤粨Q，以及在執(zhí)行該快速冷卻程序時，提升該冷卻液沖刷該金屬材表面的氣膜的效果，以及在執(zhí)行該慢速冷卻程序時，提升該冷卻液去除該金屬材表面的銹皮的效果。

附圖說明

圖1：現(xiàn)有的制造裝置的示意圖。

圖2：本發(fā)明的金屬材熱處理方法的執(zhí)行裝置的示意圖。

圖3：本發(fā)明的金屬材熱處理方法的執(zhí)行裝置的示意圖。

圖4：本發(fā)明的金屬材熱處理方法的執(zhí)行裝置的示意圖。

圖5：本發(fā)明的金屬材熱處理方法的執(zhí)行裝置的示意圖。

附圖標記說明

〔本發(fā)明〕

1 輸送機構(gòu) 11 基座

111 入料端 112 出料端

12 輥輪 121 輸送部

122 轉(zhuǎn)軸 13 驅(qū)動馬達

14 傳動單元

2 噴流機構(gòu) 21 噴頭組

211 噴嘴 22 支撐架

A1 傾斜角度

D1 輸送方向 D2 軸向方向

D3 行進方向

S 金屬材

〔現(xiàn)有技術(shù)〕

9 制造裝置 91 熱軋加工機

92 冷卻機組 93 熱循環(huán)冷卻機組

S 鋼材。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述及其他目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下：

本發(fā)明全文所述的金屬材的溫度，是指該金屬材于執(zhí)行加熱程序或冷卻程序后的表面溫度。

請參照圖2及圖3所示，其為執(zhí)行本發(fā)明的金屬材熱處理方法的一冷卻裝置的示意圖，該冷卻裝置用以對一金屬材S執(zhí)行冷卻作業(yè)，其中，該冷卻裝置包括一輸送機構(gòu)1及一噴流機構(gòu)2，該噴流機構(gòu)2設(shè)置于該 輸送機構(gòu)1的一側(cè)。

該輸送機構(gòu)1具有一基座11及多個輥輪12，該基座11具有一入料端111、一出料端112及一輸送方向D1，該輸送方向D1由該入料端111向該出料端112延伸，該多個輥輪12設(shè)置于該基座11上，該多個輥輪12各具有一輸送部121，該多個輥輪12的該輸送部121的徑寬，由該輸送部121的相對兩端朝中央漸減，該多個輥輪12的該轉(zhuǎn)軸122的軸向方向D2與該輸送方向D1彼此不平行且不垂直。此外，該輸送機構(gòu)1另外具有一驅(qū)動馬達13，相鄰的兩個輥輪12的轉(zhuǎn)軸122以一傳動單元14連接，該驅(qū)動馬達13通過多個該傳動單元14將動力傳遞至該多個輥輪12的轉(zhuǎn)軸122。

請參照圖4所示，在本實施例中，該多個輥輪12的輸送部121具有徑寬變化，該輸送部121的外表面較佳依線性投影方式形成連續(xù)曲面，例如該多個輥輪12的該輸送部121的外表面為一凹曲面。通過上述設(shè)置，當該金屬材S為一棒狀且置于該多個輥輪12的該輸送部121時，在該多個輥輪12根據(jù)該轉(zhuǎn)軸122轉(zhuǎn)動的情況下，該多個輥輪12的該輸送部121可對該金屬材S同時施予一移動作用力及一轉(zhuǎn)動作用力，不僅可帶動該金屬材S沿該輸送方向D1移動，更可驅(qū)使該金屬材S于該輸送部121的凹曲面上進行自轉(zhuǎn)，具有驅(qū)使該金屬材S同時移動及轉(zhuǎn)動的效果。其中，該多個輥輪12的輸送部121的徑寬變化率在此并不設(shè)限，較佳的，為根據(jù)該金屬材S的形狀而適度調(diào)整。

請再參照圖2及圖3所示，該噴流機構(gòu)2具有多個噴頭組21，該多個噴頭組21設(shè)置于該基座11的該入料端111及該出料端112之間。該多個噴頭組21各具有多個噴嘴211，該多個噴嘴211朝向該多個輥輪12的該輸送部121所輸送的該金屬材S。其中，多個噴嘴211可噴射一冷卻液，該冷卻液可為任何能作熱交換的工作流體，在此并不設(shè)限，在本實施例中，該冷卻液為一液態(tài)水。該噴流機構(gòu)2另外具有一支撐架22，該多個噴頭組21設(shè)置于該支撐架22，且該支撐架22結(jié)合該輸送 機構(gòu)1的該基座11，該支撐架22也可同時作為一冷卻液輸送管件以輸送該冷卻液，且該多個噴頭組21可與該冷卻液輸送管件連通，使該冷卻液輸送管件中的該冷卻液能由該多個噴頭組21輸出。

請參照圖5所示，該多個噴嘴211的設(shè)置方式在此并不設(shè)限，該多個噴嘴211可垂直該輸送方向D1而設(shè)置，使該多個噴嘴211的冷卻液的行進方向D3垂直該輸送方向D1，或者如本實施例中，該多個噴嘴211由該出料端112朝該入料端111的方向傾斜設(shè)置，借此使該多個噴嘴211的冷卻液的行進方向D3包括一水平分量及一垂直分量(根據(jù)圖面而言)，且該冷卻液的行進方向D3的水平分量與該輸送方向D1相反，使該多個噴嘴211所噴出的冷卻液能對沿該輸送方向D1移動的該棒狀金屬材S提供更大的沖擊力，以通過該冷卻液對該金屬材S進行冷卻或去除該金屬材S表面的氣膜或銹皮，具有順利執(zhí)行熱處理制程的效果。

本發(fā)明的金屬材熱處理方法包括一加熱步驟及一快速冷卻步驟。

該加熱步驟，是以一加熱治具對該金屬材S加熱至一第一溫度。其中，該金屬材S的種類于此并不設(shè)限，且該第一溫度可根據(jù)該金屬材S的種類及特性不同而靈活調(diào)整，在本實施例中，該金屬材S為一鋼材，該第一溫度介于800℃～1200℃；當該金屬材S欲加熱至該第一溫度時，該第一溫度是指該金屬材S的表面溫度。

該快速冷卻步驟，是以該冷卻裝置對該金屬材S執(zhí)行一快速冷卻程序，使該金屬材S由該第一溫度快速下降至一第二溫度。其中，該快速冷卻程序具有使該金屬材降溫的一快速降溫速率，該快速降溫速率的范圍介于80℃/sec～200℃/sec。

更詳言之，該冷卻裝置的該噴流機構(gòu)2通過噴射該冷卻液以執(zhí)行該快速冷卻程序，在該快速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)2的每一個該噴嘴211于噴射該冷卻液時具有一快速射流流量，該快速射流流量介于60L/min～1000L/min，該噴流機構(gòu)2所噴射的該冷卻液接觸該金屬材S時具有一快速射流壓力，該快速射流壓力介于70bar～300bar。通過上 述實施方式，不僅可通過大量的冷卻流體以提升熱交換效果，進而調(diào)整該金屬材S的機械特性，更可通過高壓冷卻流體沖擊該金屬材S的表面，以沖刷該金屬材S于該加熱步驟中所產(chǎn)生的氣膜，進而具有以快速降溫制作符合特定機械特性的金屬材S的效果，以及具有維持該金屬材S表面完整性的效果。

該第二溫度可根據(jù)該金屬材S的種類及特性不同而靈活調(diào)整，于此并不設(shè)限，在本實施例中，當該金屬材S為該鋼材時，該第二溫度為該鋼材的一相變化臨界溫度。通過該快速冷卻步驟使該鋼材以特定的冷卻速率冷卻至該相變化臨界溫度，可調(diào)整該鋼材的機械特性，進而具有制作符合特定機械特性的鋼材的效果。

本發(fā)明的金屬材熱處理方法在執(zhí)行該快速冷卻步驟后，可另外執(zhí)行一慢速冷卻步驟。該慢速冷卻步驟，是以該冷卻裝置對該金屬材S執(zhí)行一慢速冷卻程序，使該金屬材S由該第二溫度慢速下降至一第三溫度。其中，該慢速冷卻程序具有使該金屬材S降溫的一慢速降溫速率，該慢速降溫速率的范圍介于50℃/sec～80℃/sec。

更詳言之，該冷卻裝置的該噴流機構(gòu)2通過噴射該冷卻液以執(zhí)行該慢速冷卻程序，在該慢速冷卻程序中，該噴流機構(gòu)2的每一個該噴嘴211于噴射該冷卻液時具有一慢速射流流量，該慢速射流流量介于20L/min～60L/min，該噴流機構(gòu)2所噴射的該冷卻液接觸該金屬材S時具有一慢速射流壓力，該慢速射流壓力介于30bar～70bar，且該第三溫度可根據(jù)該金屬材S的種類及特性不同而靈活調(diào)整，于此并不設(shè)限。通過上述設(shè)置，不僅可通過較少量的冷卻流體以減緩熱交換效果，進而調(diào)整該金屬材S的機械特性，更可通過適當壓力的冷卻流體沖擊該金屬材S的表面，以去除該金屬材S表面的銹皮，進而具有以慢速降溫制作符合特定機械特性的金屬材S的效果，以及具有去除金屬材S表面的銹皮的效果。

本發(fā)明的金屬材熱處理方法在執(zhí)行該加熱步驟后，可另外執(zhí)行一溫 度維持步驟，再執(zhí)行該快速冷卻步驟。該溫度維持步驟，是在該金屬材S加熱至該第一溫度后，使該金屬材S于一預定時間內(nèi)維持該第一溫度，在本實施例中，當該金屬材S為鋼材且加熱至800℃～1200℃時，維持該第一溫度的該預定時間為10min～60min。通過上述步驟，可調(diào)整該鋼材的機械特性，進而具有制作符合特定機械特性的鋼材的效果。

請再參照圖2、圖3所示，另外，在本發(fā)明的冷卻裝置中，該噴流機構(gòu)2的該多個噴頭組21可根據(jù)該快速冷卻程序及慢速冷卻程序而對應噴射該冷卻液，且較佳的如圖2所示，靠近該入料端111的該噴流機構(gòu)2的該多個噴頭組21用以執(zhí)行該快速冷卻程序，靠近該出料端112的該噴流機構(gòu)2的該多個噴頭組21用以執(zhí)行該慢速冷卻程序，使通過該輸送機構(gòu)1輸送的該金屬材S能依序執(zhí)行該快速冷卻程序及該慢速冷卻程序，進而在連續(xù)執(zhí)行快速降溫及慢速降溫的情況下，達到制作符合特定機械特性的金屬材S的效果。

請再參照圖5所示，并且，在執(zhí)行該快速冷卻程序及該慢速冷卻程序時，該輸送機構(gòu)1帶動該金屬材S朝該輸送方向D1移動，該噴流機構(gòu)2以該行進方向D3噴射該冷卻液，且該行進方向D3與該輸送方向D1夾有一傾斜角度A1，該傾斜角度A1介于15°～90°，在本實施例中，較佳為45°。通過上述設(shè)置，不僅能使該冷卻液與該金屬材S維持適當?shù)臒峤粨Q效果，更能在執(zhí)行該快速冷卻程序時，提升該冷卻液沖刷該金屬材S表面的氣膜的效果，以及在執(zhí)行該慢速冷卻程序時，提升該冷卻液去除該金屬材S表面的銹皮的效果。

進一步而言，在本發(fā)明的冷卻裝置的結(jié)構(gòu)下，在執(zhí)行該快速冷卻程序及該慢速冷卻程序時，若該金屬材S的形狀為一棒狀，該輸送機構(gòu)1的輥輪12不僅可帶動棒狀的金屬材S沿該輸送方向D1移動，更可通過該輸送部121的凹曲面，驅(qū)使棒狀的該金屬材S以平行該輸送方向D1的軸線而自轉(zhuǎn)，借此使該冷卻液能更均勻的接觸該金屬材S，不僅能使該冷卻液與該金屬材S維持適當?shù)臒峤粨Q效果，更能在執(zhí)行該快速 冷卻程序時，提升該冷卻液沖刷該金屬材S表面的氣膜的效果，以及在執(zhí)行該慢速冷卻程序時，提升該冷卻液去除該金屬材S表面的銹皮的效果。

為證明本發(fā)明的金屬材熱處理方法具有制作符合特定機械特性的金屬材的效果，以下為以徑寬為60mm的棒狀鋼材(SCM440)執(zhí)行上述步驟，并將相關(guān)機械特性整理如下

表一

表二

以上兩表是將四組SCM440棒狀鋼材胚料加熱至1100℃(第一溫度)，接著持溫一段時間后，以一胚料輸送速度輸送上述四組SCM440棒狀鋼材胚料，再以射流流量為1000L/min、射流壓力為120bar，控制上述四組SCM440棒狀鋼材胚料冷卻至麻田散鐵生成溫度(Ms)(第二溫度)所得到的機械性質(zhì)，其中，編號為S1-1的胚料持溫30min，S1-2持溫35min，S1-3持溫15min，S1-4持溫20min；S1-1的胚料速度為5M/min，S1-2、S1-3及S1-4的胚料速度皆為7M/min；A與B分別代表同一胚料上兩個相異的取樣點，該深度是指由該棒狀鋼材的表面朝軸心延伸的距離。由該表一及表二可知，當以SCM440的棒狀鋼材執(zhí)行本發(fā)明的熱處理方法時，可有效地將該棒狀鋼材的機械強度(拉抗強度及降伏強度)提升40％以上，以及將該棒狀鋼材的硬度提升20％以上，上述實驗數(shù)據(jù)可證明本發(fā)明的金屬材熱處理方法可達到制作符合特定機械特性的金屬材S的效果。

綜上所述，本發(fā)明的金屬材熱處理方法，使該金屬材S以特定的冷卻速率進行冷卻，進而控制該金屬材S的組織變化，達到制作符合特定機械特性的金屬材S的效果。