TWI784694B - 金屬工件處理方法 - Google Patents

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熊仁洲
吳瑞祥
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一種金屬工件處理方法，包含：一表面清潔步驟，將一金屬工件進行表面清洗；一降溫處理步驟，將該金屬工件置入一超冷設備處理槽，接著持續一降溫時間，使該超冷設備處理槽內降溫至攝氏-150度~攝氏-196度，其中，該降溫時間為6至12小時；一持溫處理步驟，控制該超冷設備處理槽內溫度維持在攝氏-150度~攝氏-196度達一持溫時間，其中，該持溫時間為10至25小時；及一回溫處理步驟，使該超冷設備處理槽內溫度回升至一室溫溫度，其中，該回溫時間為10至25小時。本發明之金屬工件處理方法可以細化金屬工件之晶粒大小、提升整體硬度及降低金屬工件各區域之表面粗糙度，提高使用性能。

Description

金屬工件處理方法
本發明係關於一種金屬工件處理方法，尤其是一種透過超低溫處理的金屬工件處理方法。
傳統的低溫鍍層處理生產方式對於環境汙染度較高，主要是因為其生產過程中會產生廢氣、廢水及消耗其製程所需之可燃氣體及化學原料，且工件在高溫的環境中易產生變形，一般低溫鍍層處理仍需約500攝氏度左右，使處理之工件不良而產生耗損，另外為了要局部在後卡套與管件嚙合刀口端進行鍍層處理，需要另外針對其製程處理治具進行設計，工件的放置方式及數量亦會受到影響。
習知技術中華民國公告第539837號係提供一種深冷處理裝置，此專利之深冷處理裝置非將零件浸泡於液態氮中進行深冷處理，仍是供應液態氮至一冷卻腔體內，並透過加熱器瞬間加熱液態氮，使液態氮氣化為低溫氮氣，透過風扇將低溫氮氣導引至冷卻腔體內，但有可能發生液態氮無法完全氣化為低溫氮氣，使液態氮擴散至位於冷卻腔體內之零件，進而產生零件容易產生熱震，易使處理物件龜裂與脫皮。
習知技術中華民國公告第I504848號乃提供一種深冷處理裝置，其透過液體蒸發模組容置冷卻液體，並使冷卻液體氣化為冷卻氣體，以對零件作深冷處理，該技術主要乃一種深冷處理之裝置構造及結構，與本發明之處理程序方法不同。
前述習知技術在處理過程中會產生廢氣、廢水等汙染性物質，也無法步降低每一工件之處理成本，因此，該些習知技術有必要加以改良。
此外，300系列之不銹鋼無法以熱處理方式提升其機械性質。因此，習用技術為了提升後卡套之嚙合性能，會在後卡套與管件嚙合的接觸刀口端實行低溫鍍層處理，以有效提升後卡套之嚙合能力。惟，習用的低溫鍍層處理生產方式對於環境汙染度較高，主要同樣是因為其生產過程中會產生廢氣、廢水及消耗其製程所需之可燃氣體及化學原料。且，工件在高溫(一般低溫鍍層處理仍需約500攝氏度左右)的環境中易產生變形，使處理之工件不良而產生耗損。為此，習用技術為了要局部在後卡套與管件嚙合刀口端進行鍍層處理，需要另外針對其製程處理治具進行設計，工件的放置方式及數量亦會受到影響，將大幅增加卡套生產成本及生產時間。
本發明之一目的在提供一種金屬工件處理方法，具有增加工件整體硬度及減少表面粗糙度的功能。
本發明之另一目的在提供一種金屬工件處理方法，具有降低生產成本及減少生產時間的功能。
本發明之另一目的在提供一種金屬工件處理方法，具有減少環境污染的功能。
為達成上述及其他目的，本發明之金屬工件處理方法，包含：一表面清潔步驟(S0)，將一金屬工件進行表面清洗；一降溫處理步驟(S1)，將該金屬工件置入一超冷設備處理槽，提供一液態氮作為降溫媒介，透過該超冷設備處理槽及一自動液態氮輸送系統進行一行熱交換程序，接著持續一降溫時間，使該超冷設備處理槽內持續降溫至攝氏-150度~攝氏-196度，其中，該降溫時間為6至12小時；一持溫處理步驟(S2)，控制該超冷設備處理槽內溫度維持在攝氏-150度~攝氏-196度達一持溫時間，其中，該持溫時間為10至25小時；及一回溫處理步驟(S3)，透過該超冷設備處理槽內建之送風機持續進行加溫一回溫時間，使該超冷設備處理槽內溫度緩慢回升至一室溫溫度，其中，該回溫時間為10至25小時。
在本發明的一些實施例中，該降溫時間為8至10小時。
在本發明的一些實施例中，該持溫時間為15至19小時。
在本發明的一些實施例中，該回溫時間為15至19小時。
在本發明的一些實施例中，該金屬工件為300系列不銹鋼。
在本發明的一些實施例中，該金屬工件為304不銹鋼。
在本發明的一些實施例中，該金屬工件為卡套接頭。
在本發明的一些實施例中，該金屬工件為雙片喫入式卡套接頭。
在本發明的一些實施例中，經規範ASTM F1387 Annex A3或A8探漏測試，該雙片喫入式卡套接頭之氣壓試驗達探漏設備氣壓試驗測試極限值414巴(bar)。
在本發明的一些實施例中，該雙片喫入式卡套接頭之油壓試驗測試極限值650巴(bar)。
S0:表面清潔步驟
S1:降溫處理步驟
S2:持溫處理步驟
S3:回溫處理步驟
圖1為本發明金屬工件處理方法之一實施例之方法流程圖；圖2為本發明金屬工件處理方法之一雙片喫入式卡套接頭使用零件示意圖；圖3為本發明金屬工件處理方法之一經低溫鍍層及超冷處理前後之不銹鋼卡套接頭與管件的嚙合狀況參考比較圖；圖4為本發明金屬工件處理方法之一無低溫鍍層及超冷處理前後之不銹鋼卡套接頭與管件的嚙合狀況參考比較圖。
圖1為本發明之，請參考圖1。本發明之金屬工件處理方法，在一實施例中，包含：一表面清潔步驟(S0)、一降溫處理步驟(S1)、一持溫處理步驟(S2)及一回溫處理步驟(S3)，該表面清潔步驟(S0)係將一工件進行表面清洗，該工件表面清理的目的在於去除工件外表於處理過程時所產生的油汙及灰塵，主要是為了確保製程處理的穩定性及延長超冷設備處理槽的使用壽命，工件表面清理的方式為使用酒精搭配擦拭紙清潔。
該降溫處理步驟(S1)係將該金屬工件置入一超冷設備處理槽，其中，該超冷設備處理槽設有一風扇，並提供一液態氮作為降溫媒介，透過該超冷 設備處理槽及一自動液態氮輸送系統進行一熱交換程序，該熱交換程序係使用液態氮使該超冷設備處理槽內溫度下降，並將該超冷設備處理槽內的熱透過風扇帶出槽外，接著持續一降溫時間，使該超冷設備處理槽內持續降溫至攝氏-150度~攝氏-196度，其中，該降溫時間為6至12小時，且為了避免工件因快速的降溫而造成工件開裂或變形，該熱交換程序中液態氮不與工件接觸，在本實施例中，該降溫時間為9小時，該超冷設備處理槽內溫度降至攝氏-184度。較佳地，該降溫時間為8至10小時，該降溫時間較長更有助於避免工件因快速的降溫而造成工件開裂或變形。
該持溫處理步驟(S2)係控制該超冷設備處理槽內溫度維持在攝氏-150度~攝氏-196度達一持溫時間，其中，該持溫時間為10至25小時。在本實施例中，該持溫時間為17小時，該超冷設備處理槽內溫度維持在攝氏-184度。較佳地，該持溫時間為15至19小時。
該回溫處理步驟(S3)係透過該超冷設備處理槽內建之送風機持續進行加溫一回溫時間，為了避免瞬間溫度差異過大造成的開裂及變形，控制該超冷設備處理槽內溫度緩慢回升至一室溫溫度，其中，該回溫時間為10至25小時。較佳地，該回溫時間為15至19小時，該回溫時間較長更有助於避免工件因快速的升溫而造成工件開裂或變形。
較佳地，該金屬工件為300系列不銹鋼工件。
因為超冷處理可促進被處理材料之微觀組織細緻化，進而提升工件整體硬度及降低表面粗糙度，再且，進行超冷處理使用之液態氮不會產生廢氣、廢水及可燃氣體等環境汙染物，不需要另外花費相關成本處理以上廢棄物也更加環保。此外，超冷處理因為係針對整個工件組織進行優化，故在工件擺放數 量上較傳統鍍層處理爐的數量來的更高，過程也較單純，僅有降溫、持溫、升溫及回溫等步驟，因此處理時間也較短，綜合以上幾點，可大幅降低工件之生產成本及減少生產時間。
圖2為本發明金屬工件處理方法之一雙片喫入式卡套接頭使用零件示意圖，請參考圖2。該金屬工件為卡套接頭或雙片喫入式卡套接頭。
雙片喫入式卡套接頭為一種用於嚙合及密封管件之機械裝置，其主要作用方法為利用前卡套及後卡套嚙合管件以達到抗震及密封的效果，其中因後卡套需要負責確保管件承受高壓及震動時不脫落，其嚙合能力最為重要。
本發明應用於金屬工件處理的效益主要可透過細化金屬材料晶粒大小、提升工件整體硬度及降低工件各區域之表面粗糙度，尤其應用在雙片喫入式卡套，可減少不銹鋼卡套接頭鎖附扭力、減少前後卡套與管件(例如304無縫鋼管)嚙合時拖拉痕的長度。可增進卡套與管件的嚙合深度並以此提升卡套在高壓及震動時能發揮更好的密封及抗震性能。
圖3為本發明金屬工件處理方法之一經低溫鍍層及超冷處理前後之不銹鋼卡套接頭與管件的嚙合狀況參考比較圖，圖4為本發明金屬工件處理方法之一無低溫鍍層及超冷處理前後之不銹鋼卡套接頭與管件的嚙合狀況參考比較圖，請參考圖3及圖4。由圖3及圖4中可發現，不管是否有經低溫鍍層處理，只要透過本發明之處理方法，前後卡套均可以減少拖拉痕區域的寬度，且嚙合痕在經過本發明之處理方法後也明顯減少嚙合不規則的狀況，相對更佳平整呈直線狀態，證明本發明的功效。
經由本發明之處理前後之雙片喫入式卡套探漏結果如表一所示，試驗結果表明經超冷處理後之未經低溫鍍層處理不銹鋼雙片喫入式卡套耐壓能 力及防脫落能力，其中，抗震及耐壓能力皆與防脫落能力相關，表一中氣壓試驗為測試雙片喫入式卡套之密封效能、油壓試驗為測試雙片喫入式卡套之防脫落效能，均優於未經超冷處理之經低溫鍍層處理及未經低溫鍍層處理雙片喫入式卡套。
Figure 110132191-A0305-02-0009-1
以上之試驗結果皆表明本發明之超冷處理技術可有效提升不銹鋼雙片喫入式卡套接頭之使用性能。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特徵，其目的在使熟習此項技藝之人士均能了解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，凡依本發明之精神及說明書內容所作之均等變化或修飾，皆應涵蓋於本發明專利範圍內。
S0:表面清潔步驟
S1:降溫處理步驟
S2:持溫處理步驟
S3:回溫處理步驟

Claims (10)

  1. 一種金屬工件處理方法，包含：一表面清潔步驟(S0)，將一金屬工件進行表面清洗；一降溫處理步驟(S1)，將該金屬工件置入一超冷設備處理槽，提供一液態氮作為降溫媒介，透過該超冷設備處理槽及一自動液態氮輸送系統進行一行熱交換程序，持續一降溫時間，使該超冷設備處理槽內降溫至攝氏-150度~攝氏-196度，其中，該降溫時間為6至12小時；一持溫處理步驟(S2)，控制該超冷設備處理槽內溫度維持在攝氏-150度~攝氏-196度達一持溫時間，其中，該持溫時間為10至25小時；及一回溫處理步驟(S3)，透過該超冷處理設備內建之送風機持續進行加溫一回溫時間，使該超冷設備處理槽內溫度回升至一室溫溫度，其中，該回溫時間為10至25小時。
  2. 如請求項1所述之金屬工件處理方法，其中，該降溫時間為8至10小時。
  3. 如請求項1所述之金屬工件處理方法，其中，該持溫時間為15至19小時。
  4. 如請求項1所述之金屬工件處理方法，其中，該回溫時間為15至19小時。
  5. 如請求項1所述之金屬工件處理方法，其中，該金屬工件為300系列不銹鋼。
  6. 如請求項5所述之金屬工件處理方法，其中，該金屬工件為304不銹鋼。
  7. 如請求項1所述之金屬工件處理方法，其中，該金屬工件為卡套接頭。
  8. 如請求項7所述之金屬工件處理方法，其中，該金屬工件為雙片喫入式卡套接頭。
  9. 如請求項8所述之金屬工件處理方法，其中，經規範ASTM F1387 Annex A3或A8探漏測試，該雙片喫入式卡套接頭之氣壓試驗達探漏設備氣壓試驗測試極限值414巴(bar)。
  10. 如請求項9所述之金屬工件處理方法，其中，該雙片喫入式卡套接頭之油壓試驗測試極限值650巴(bar)。
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