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機械製造報告
表面硬化
指導老師:朱力民老師
車輛三甲 蔡東霖 4A215010
劉昀聖 4A215068
邱嘉信 4A215101
滲碳
• 現代社會對於環保意識已經開始重視，所以在硬
化處理技術方面，減低能源的消耗也成了 必然的
趨勢。以傳統的滲碳技術來說，有分為以下幾種
不一樣的方法：
• 「氣體滲碳」
• 「離子滲碳」
• 「真空滲碳」
表面硬化處理法
•火焰硬化法---適用中、高碳鋼
•感應電熱硬化法---適用中、高碳鋼
•滲碳硬化法---適用不能淬火硬化之低碳鋼
•氮化法---用於含Al、Cr、 Mo等合金鋼
•滲碳氮化法---適用不能淬火硬化之低碳鋼
•鍍層硬化法
•珠擊法
氣體滲碳
• 「氣體滲碳」的方式在於利用碳化氫系列的氣體，
加熱至 900℃來進行化學反應之後生成 碳，之後
擴散進去鋼材內部，而滲碳氣體是使用碳化氫系
(CH4、C3H8、C4H10) 氣體為主原料， 然後添加
如 H2、CO、CO2、H2O、N2 等氣體，形成所謂的
搬運氣體 ，但此等氣體因為滲碳性較弱，其中在
混入一些強滲碳性氣體 CH4、C3H8 等，組合成滲
碳性的爐內氣氛 。
離子滲碳
• 「離子滲碳」則是利用 Plasma 在真空中把滲碳
氣體打成電漿離子態，之後使用正負極的形式，
使碳離子吸附在金屬表面，之後滲碳，其 工作溫
度為 930-950℃。這個方法不僅有真空 滲碳的好
處，也可以減少反應氣體，只需要利 用電漿把滲
碳氣體打成離子態，在進行滲碳， 不僅快速，且
可以減少汙染。
真空滲碳
• 「真空滲碳」為在真空爐中抽真空至粗真空再加
熱至 1000-1100℃，之後導入滲碳性氣體進 行滲碳，
在真空當中高溫加熱，沃斯田鐵會比一般滲碳溫
度更加活性化，而少了氧之後可以減 少表面氧化，
碳更容易滲透進入。
傳統滲碳與低溫滲碳比較
熱處理溫度
優缺點
高溫滲碳
950℃
碳化鉻形成，抗蝕降低，耐磨耗上升
低溫滲碳
500℃
碳化鉻不形成，抗蝕能力不變或者上升，熱處
理時間長。
火焰加熱硬化法
• 目的及適用材料
• 火焰加熱硬化法目的在使材料的表層受熱
並急冷硬化，材料內部受熱的影響頗微故
仍維持原有之性質。本法適用的碳鋼材料
以中碳鋼為主，因中碳鋼是不會殘留沃斯
田鐵的熱處理用鋼。
原理及操作方法
• 將要硬化的部分以氧乙炔(C2H2＋O2) 之火
焰急速加熱，使受熱之表面層成為沃斯田
鐵時，再噴水淬火使表面硬化。適用本法
之鋼材為含碳量在0.35%～0.70%間之碳鋼
及低合金鋼。
優缺點
• 優點為設備簡單、成本低廉、速度快且所
需的技術能力不須太高
• 缺點為火焰大小、強度及移動速度難以控
制，所以，硬化層亦較不均勻
高週波硬化法
• 本法係採用高週波感應電流進行加熱處理，故可
稱為高週波淬火法或感應電熱硬化法。
原理及操作方法
• 將含碳量0.35～0.5%的中碳鋼材料放入通有高週
波交流電的感應線圈內，一段時間之後，材料將
因電磁感應作用產生感應電流。
• 並因電流之作用產生急速加熱現象。若高週波的
頻率愈高，則材料表面的感應電流將使材料表面
更快速的加熱，當達到一定溫度後，迅由淬火媒
液入口加壓並由孔口噴出冷卻液於材料表面，冷
卻後達到表面硬化效果。常用的頻率一般於10～
200kHz 之間。
優缺點
• 優點為加熱時間比火焰硬化法更短、加熱
溫度可由電流大小來控制、淬火後的變形
不大、硬化層深度較均勻、適合大面積材
料或大量的淬火處理等。
• 缺點為設備昂貴，成本較高。
珠擊法
珠擊法是利用一陣多如雨點和高速進行的小鋼珠密集的
打在工作物的表面，並在金屬表面上建立起一層內在的壓
應力，以增加對疲勞的抵抗，其中，鋼珠的噴出可以高壓
空氣的噴流，或機械式的旋轉離心力為之。珠擊法除了可
增加表面的強度與硬度，消除局部的應力集中因素外，也
可以使金屬表面產生粗獷的美感。但是必須注意的是：過
度的珠擊反而會使金屬變脆。
珠擊加工
影響珠擊效果的加工條件非常之多，彈珠擊的加工基準以被加工面加工後的珠擊凹痕
面積值與覆蓋值為最基本要因外，「珠粒材材質與珠粒材大小」、「珠擊時間」以及「珠
擊速度」也非常重要。表面粗糙度以及加工層壓縮殘留應力、加工硬化為珠擊最主要效果，
但此效果，不只是珠擊強度，就連被加工材的材質、尺寸、形狀、溫度、等…也都繪有所
影響，因此每個物體的加工條件都是個別不同的。只要增加珠粒材的運動量，珠擊強度也
增加，相對的會發生：1.表面粗糙度的增加、2.加工附近面的硬化、3.加工附近的殘留應力
以及最大殘留應力深度的加大等變化。
影響珠擊效果的加工條件
珠擊條件：珠擊方式、珠擊時間、珠擊速度、珠擊量、珠擊密度珠擊角度、加工
溫度、應力狀態、次數
珠粒：材質、比重、硬度、珠粒材大小、大小分佈
被加工材：材質、機械特性、尺寸、形狀、加工過程
珠擊法的應用
 去除毛邊、毛頭、異物
 去除鐵鏽
 去除熱處理後的水垢
 表面清潔
 工藝品設計
 印章
 半導體、微粉對應型噴砂
氮化法
把含有 Al 或 Cr 的合金鋼，在有氨氣或含有氮氣的爐子
中，長時間加熱到 500 ℃～550℃，使鋼的表面形成高硬
度，具有耐蝕性的氮化合物的一種表面硬化法。方法是先
將淬火、回火，具有強韌性後，施以氮化處理而形成硬化
層，最後因為 不再實施淬火、回火，所以變形很小。氮化
用鋼是指含有 Al、Cr、Mo、V 等元素的含碳和合金鋼，
一般含碳量約 為 0.2%~0.5%。
氮化法方式
•
氣體氮化或軟氮化
將鋼料製成的零件，置於含氮的爐氣中，選定適當的氮化溫度、時間、氣體流量、
氨氣濃度比率等，將使零件表面生成硬度甚高的表面相氮化鐵結構、氮碳鐵結構、氮
化層深度，故以法所製成的鋼料零件，將足以應付機械工業所要求更高的耐磨耗、耐
疲勞等特性。
•
滲硫氮化
以此法所得之零件除可得一般氣體氮化之特性外，其表層因具有硫化鐵層，而形成一
固態潤滑薄膜，可降低零件作動時的磨擦係數、磨耗黏著性，再者，此法對不銹鋼而
言，亦可先還原其鈍化皮膜，利於氮化的進行。
•
離子氮化
以N2和H2的混合氣體在低壓中，通以高壓直流電，而產生N+和H+與 e-所組成的電
漿，利用高離子能的衝擊，將鋼料零件加熱同時進行氮化過程。處理後零件表面清淨
度高；氮化表層無多孔質且緻密，故較其它氮化法耐疲勞；而零件局部防氮容易，不
須另塗防氮劑；對於不銹鋼亦可施以低溫離子氮化，防止其耐蝕性的降低。
氮化法優點
1.硬度可高達 Hv1000~Hv1200，耐磨性比滲碳成優
2.表面殘留有壓縮應力，增加耐疲勞性
3.處理溫度在變態點以下，不會發生由變 態引起的變形
氮化法缺點
1.只適用於特種合金鋼，不用普通碳鋼
2.成本費用高、加工時間長
鍍鉻硬化
鉻是一種微帶藍色的銀白色金屬
，金屬鉻在空氣中極易鈍化，表面形成
一層極薄的鈍化膜，從而顯示出金屬的
性質。鍍鉻層具有很高的硬度，根據鍍
液成分和工藝條件不同，其硬度可在很
大範圍400～1200HV內變化。鍍鉻層有較好的耐熱性，在500℃以下加其光澤
性、硬度均無明顯變化，溫度大於500℃開始氧化變色大於700硬度開始降
低。鍍鉻層的摩擦係數小，在所有的金屬中是最低的。所以鍍鉻層具有很
好的耐磨性。
鍍鉻的應用
汽車工業
日常金屬用品
工業零件
裝飾品
機械產業
The End