TWI458841B - 輕金屬快速均質熱處理方法 - Google Patents

Description

輕金屬快速均質熱處理方法

本發明係有關於一種輕金屬快速均質熱處理方法，尤其是指一種藉由熱媒爐中之高溫(400℃~550℃之間)於短時間(小於600秒)內將工件基地組織達均質化，縮短熱處理之時程以降低能耗，不僅可使得工件材質之晶粒徑較為均一，且能有效滿足後續時效硬化規範，大幅減少生產成本與時間，提升整體產能者。

一般的輕金屬(例如鋁合金與鎂合金)因本身具有質輕、可塑性佳、耐候性良好和易表面塗裝等優點，藉助添加入其它金屬或熱處理均能顯著提高其機械性能等優點，以加入其它金屬為例，該合金可大量使用於各種交通運輸器具、運動器材以及自行車界；舉例而言，一般自行車所使用的鋁合金多數為6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)兩種，依據不同的需求經過不同熱處理之加工程序以改變其機械性質。

根據6000系合金(Al-Mg-Si)之傳統強化理論機制可知，其熱處理將造成材質內部依序具有由過飽和固溶體→原子團簇(Atomic Clusters)→GP區(Guinier-Prestonn zone)→β〞相→β′相→β相的狀態變化，而合金係於β〞相時的強度較高；當鋁 合金經固溶處理後，其內部材質形成β〞相將使得材質硬度增加，導致鋁合金加工成型困難度提高；然，鋁合金經固溶處理後至下游加工成型廠有許多因素造成β〞相的形成，例如當運送所花費時間較多(例如：跨國運送)、運送過程溫度過高或加工廠排程滿檔而需等候時，造成未進行彎折加工前的鋁合金材質自然時效而導致硬度過高並造成加工困難度，此現象迫使彎折加工成型前需先經過退火處理，不僅大幅增加生產成本，亦使得產能無法提升。

有鑑於此，本發明人於100年11月30日以『快速抑制β〞相成核的復原熱處理方法』(申請案號第100144061號)向鈞局申請發明專利，主要係以吊掛裝置將鋁合金工件掛載其上，再加熱容裝有熱媒劑之熱媒爐至200℃~500℃之中溫間，將吊掛裝置滑移至預定位置，並將鋁合金工件浸入熱媒爐中，最後使鋁合金工件於熱媒爐浸漬6~15分鐘後，再取出於室溫下冷卻；藉此，使鋁合金工件浸入熱媒劑後，可消除β”之預成核相(原子團簇及GP區)；惟，上述之方法雖可達到延遲後續之硬化時程，解決鋁工件加工前需退火處理之問題，卻尚有未臻妥善之處，如均質化問題和後續人工時效處理等；本發明人有鑑於此，在不考慮β〞相效應下，以熱媒爐作為退火均質爐使用的概念研創出本發明，從而加速輕金屬工件之均質化，並可搭配後續人工時效處理。

是故，本發明人鑑於上述之理由點，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，改良發明一種藉由熱媒爐之高溫(400℃~550℃之間)於短時間(小於600秒)內將工件基地組織達均質化，縮短熱處理之時程以降低能耗，不僅可使得工件材質之晶粒徑較為均一，且能有效滿足後續時效硬化規範，大幅減少生產成本與時間，提升整體產能者。

為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，首先將一熱媒爐(較佳係為一鹽浴爐或油浴爐)加熱至400℃~550℃之高溫，並使熱媒爐保持於恆溫，其中恆溫係指熱媒爐之溫差小於±5℃，以保持熱媒爐之均溫性；接著，將輕金屬工件浸入熱媒爐中不超過600秒，之後取出並將工件於室溫下冷卻；藉此，由於工件浸入之熱媒爐係為一溫度介於400℃~550℃之高溫，使得工件之材質可快速導熱升溫至目標溫度，其浸入時間僅需小於600秒(較佳為60~600秒之間)即可將工件基地組織達均質化，避免晶粒徑異常粗大，使得以本發明熱處理輕金屬工件之材質其晶粒徑較為均一；此外，本發明之工件浸入時間與傳統高溫爐熱處理相較下，具有大幅縮短熱處理之時程以降低能耗之功效，有利製造者快速的生產需求。

在本發明的一實施例中，熱媒爐中之溫度較佳介於480℃~520℃之間。

在本發明的一實施例中，工件之材質可選自美國鋁業協會制定之AA規格中之2系列、5系列、6系列，以及7系列鋁系合金其中之一，亦或是選自AZ系列鎂合金，較佳係選自AZ31、AZ61以及AZ91所構成之群組。

本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參照第一圖所示，為本發明之輕金屬快速均質熱處理方法之較佳實施例，係包括有：步驟一(S1)：先將一熱媒爐加熱至400℃~550℃之高溫；較佳係介於480℃~520℃之間，且熱媒爐可為鹽浴爐或油浴爐其中之一；步驟二(S2)：使熱媒爐保持於恆溫；其中恆溫係熱媒爐之溫差小於±5℃，以保持熱媒爐之均溫性；步驟三(S3)：將輕金屬工件浸入熱媒爐中小於600秒，較佳係介於60~600秒之間；其中輕金屬工件之材質可選自美國鋁業協會(Aluminium Association)制定之AA規格中之2系列、5系列、6系列，以及7系列鋁系合金其中之一，亦或是選自AZ系列鎂合金，較佳係選自AZ31、AZ61以及AZ91所構成之群組；以及 步驟四(S4)：將輕金屬工件於熱媒爐中取出，並於室溫下冷卻。

根據上述之輕金屬快速均質熱處理方法於實施使用時，在此係以6061鋁合金材質之工件為一應用實施例；首先，將鹽浴爐加熱至520℃的恆溫；接著，將該工件浸入於鹽浴爐中，並於鹽浴爐中浸漬180秒後，由鹽浴爐中取出工件於室溫下冷卻；由於工件浸入於鹽浴爐之溫度係為一520℃之高溫，使得工件浸入時間僅需約180秒即可將工件硬度調至韋伯硬度≦10，且可使得材質之晶粒徑較為均一，達到基地組織均質的要求；值得注意的，在此雖以6061鋁合金工件為一應用實施例，但本發明之輕金屬快速均質熱處理方法並不僅限定於此一材質，舉凡以2系列、5系列、6系列，以及7系列鋁系合金，亦或是AZ31、AZ61以及AZ91系列的鎂合金材質所製成之工件(例如：運動器材、交通車輛以及房屋建材等用途)的均質化熱處理，以及後續人工時效硬化製程(使用油浴爐)皆可適用本發明之輕金屬快速均質熱處理方法，因此，並不限定上述輕金屬快速均質熱處理方法所應用工件之材質及其工件用途。

此外，利用本發明之輕金屬快速均質熱處理方法與傳統利用空氣或瓦斯的高溫爐熱處理相較下，亦具有縮短熱處理時程之功效；如下表所示，為將本發明方法與傳統熱處理於6061鋁合金材質之工件均質化相較之整理結果：

再者，如下係將7075鋁合金、AZ31、AZ61以及AZ91系列的鎂合金材質所製成之工件，以本發明之方法與傳統空氣爐熱處理時間相較之整理結果：

由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明藉由熱媒爐中之溫度係為400℃~550℃之高溫，使得6061鋁合金材質之工件浸入時間僅需約180秒即可將工件達基地組織均質的要求，達到材質之晶粒徑較為均一之效果，避免如傳統利用高溫爐熱處理造成晶粒異常粗大的問題發生。

2.本發明之輕金屬快速均質熱處理方法將工件浸入熱媒爐後，於短時間內(約3分鐘)即可達到均質化，與傳統高溫爐熱處理相較下，可縮短熱處理之時程以降低能耗。

3.本發明藉由將工件浸入熱媒爐以使其達到均質化，可避免傳統利用高溫爐熱處理所產生之二氧化碳對環境產生之污染，以符合世界各國日漸要求的環保標準。

綜上所述，本發明之輕金屬快速均質熱處理方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所 依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

第一圖：本發明較佳實施例之步驟流程圖

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

Claims (6)

1. 一種輕金屬快速均質熱處理方法，係包括下列步驟：步驟一：先將一熱媒爐加熱至400℃~550℃之高溫，其中該熱媒爐係為鹽浴爐或油浴爐其中之一；步驟二：使該熱媒爐保持於恆溫，其中該恆溫係該熱媒爐之溫差小於±5℃，以保持該熱媒爐之均溫性；步驟三：將輕金屬工件浸入該熱媒爐中小於600秒；以及步驟四：取出後將該輕金屬工件於室溫下冷卻。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輕金屬快速均質熱處理方法，其中該熱媒爐中之溫度係介於480℃~520℃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輕金屬快速均質熱處理方法，其中該輕金屬工件浸入該熱媒爐中介於60~600秒。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輕金屬快速均質熱處理方法，其中該輕金屬工件之材質係選自美國鋁業協會(Aluminium Association)制定之AA規格中之2系列、5系列、6系列，以及7系列鋁系合金其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輕金屬快速均質熱處理方法，其中該輕金屬工件之材質係選自AZ系列鎂合金。
6. 如申請專利範圍第5項所述之輕金屬快速均質熱處理方法，該AZ系列鎂合金係選自AZ31、AZ61以及AZ91所構成之群組。