材料測試與觀察


※硬化能
硬化能(Hardenability)係指鋼材在受某種淬火硬化處理後,能夠被硬化的程度而言,因此亦稱之為『淬火性』。硬化能愈大,代表鋼材在同一種淬火條件下能被硬化的深度愈深,但硬化能大並不代表鋼才能經由淬火而獲得更大的硬度。

※影響硬化能因素

鋼材的硬化能特性受到下列因素影響:(1)鋼材化學組成;(2)淬火前鋼材沃斯田體晶粒大小;(3)鋼材沃斯田體化溫度(即鋼料之淬火溫度);(4)其他因素,如碳化物的分布、組成均勻性等均會影響鋼材硬化能之好壞。

※臨界直徑

所謂臨界直徑(Critical Diameter)係指鋼材經某一種淬火方式進行淬火後,中心部位組織恰好形成50%麻田散體時之直徑。一般鋼材可藉由端面淬火曲線得知臨界直徑之大小。

※勃氏硬度試驗

勃氏硬度試驗主要是利用直徑10mm的鋼球加上不同的荷重,進行硬度性能之測試。對於鋼鐵材料通常使用3000Kgf的荷重,簡記成HB(10/3000);對於銅、鋁等合金材料通常使用1000Kgf的荷重,簡記成HB(10/1000);對於輕合金及軟金屬則使用500Kgf的荷重,簡記成HB(10/500)。勃氏硬度試驗會在試片表面造成一個極為明顯的壓痕,因此亦常被視為破壞性試驗;然而,它的硬度值試驗結果較不受鋼材表面銹片的影響,因此硬度值頗具代表性。

※洛氏硬度試驗
洛氏硬度試驗應用範圍極廣,從極薄的薄片(HRA)至相當大的工件、從較軟的鋁銅合金材料(HRB)至淬火回火鋼材(HRC)均可使用。常用的HRB刻度係使用直徑1/16吋鋼球壓痕器加上100Kg的荷重(10kg的小荷重加上90kg的大荷重);HRC刻度係使用頂角120°尖端半徑0.2mm的金鋼石圓錐加上150Kg的荷重(10kg的小荷重加上140kg的大荷重);至於HRA刻度則使用與HRC相同之壓痕器,但荷重為60Kg的荷重(10kg的小荷重加上50kg的大荷重)。

※維氏硬度試驗

維氏硬度試驗使用對角136°金鋼石方錐當作壓痕器,可藉由壓痕器所造成的壓痕對角線來量測材料硬度值。維氏硬度試驗使用的荷重,依試片軟硬、厚薄之不同從1kg至120kg間選用適當之荷重,但最常用者有10kg、30kg及50kg三種。此種硬度試驗尤其適用在厚度很薄、表面硬化或電鍍等材料。

※蕭氏硬度試驗

蕭氏硬度試驗不同於前三種硬度試驗方法,係使用下端嵌有金鋼石之圓形小鎚由一定高度落下,衝擊水平式片之表面,以其落下後反彈之高度來決定材料之硬度值。此種試驗法之優點為幾乎不在試片表面留下痕跡、輕巧方便、易於攜帶使用,可應用在大型鑄件等工件;缺點則為鎚端易變形,需隨時注重校正之工作。

※抗拉試驗

利用拉伸試驗機,來測定鑄件的降伏強度、拉伸強度、伸長率及斷面收縮率等,已明瞭鑄件的基本機械性質。必要時亦可測定鑄件之比例限、彈性限及彈性係數等性能。試驗時,先將試片兩端的固定端點固定在試驗機的上下夾具,選定應變速率後,慢慢施加試驗機的荷重,直至試驗片拉伸斷裂為止,求的降伏點荷重、最大荷重用以計算鑄件材料之降伏強度及拉伸強度。在從斷裂後的試片量測伸長量、從破斷部位的面積分別計算出鑄件之伸長率及斷面收縮率。

※衝擊試驗

常用的衝擊試驗法包括夏比(Charpy)衝擊試驗法及伊佐(Izod)衝擊試驗法,此試驗主要是要評估材料的韌性質,亦即試片受衝擊破斷,所需要的能量大小稱之為衝擊值。試驗方法係將衝鎚設定在固定位置,將衝擊試片固定於支撐台上,在令衝鎚自由落下衝擊試片,使試片破斷,並紀錄衝鎚的角度。經由衝鎚原始角度及衝擊後角度之度差,我們即可計算出衝斷試片所需要之能量,也就是試片的衝擊值。

※金相顯微鏡觀察

利用顯微鏡來觀察金屬表面顯微組織的方法,稱為金相顯微觀察法,可分為巨觀及微觀試驗兩種。通常巨觀組織試驗是指使用目視或20倍以下的放大鏡,進行組織觀察的方法,包括硫印法、巨觀浸蝕法、破面檢查法等;微觀組織試驗法通常使用金相顯微鏡進行100倍以上的微細結構觀察。金相顯微鏡觀察的試片通常要先將觀察面研磨成平面,再利用拋光技術將觀察面研磨至鏡面,最後再利用化學溶液浸蝕表面,使觀察面之微細結構顯現出來。

※滲透探傷法

工業界常使用滲透液及顯像液來檢查熱處理工件淬火裂痕、孔隙等的表層缺陷,依使用之滲透液不同大致上可分為螢光滲透法及染色滲透法。檢查程序為(1)將工件表面的附著油污除去、洗淨後乾燥;(2)將工件浸漬於滲透液中、或將滲透亦充分塗佈於工件表面;(3)浸漬一段時間後,將附著於工件表面的滲透液洗淨除去;(4)將工件浸漬於顯像液中,若有裂縫等缺陷存在,因毛細管作用使得滲透液從內部被吸出,因此而顯像在工件表面。螢光滲透液則在黑暗處使用紫外光照射進行觀察。

※超音波探傷法

利用超音波從工件垂直照射進入工件內部,在觀察超音波的衰減狀態及反射波形,即可檢查出工件內部缺陷的位置及大小。主要的設備包括:適當頻率的超音波發振裝置、顯示反射波之裝置、載送或偵測超音波的探頭等。

※磁粉探傷試驗

利用鋼鐵材料的磁化原理來產生磁力線,進而吸附磁粉形成一條連續磁粉線,以檢查熱處理工件表面淬火微裂痕、孔隙等缺陷。此種試驗法首先需將工件磁化,常用的磁化方法包括通電法、橫貫法、極點法、線圈法及極間法等,因此無法磁化的材料,如18-8不銹鋼、高錳鋼等沃斯田體型鋼材無法使用磁粉探傷法。接下去將磁粉散佈鋪在工件表面,當磁力線集中在裂痕、孔隙等缺陷位置時,會使磁粉浮起或不連續,如此即可檢查出裂痕、孔隙等缺陷之位置。


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