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模具材料熱處理
熱處理是將材料加熱到一定的溫度，保溫一定的時間後，以一定的速率降溫到室溫或更低，從而達到改善材料組織結構獲得性能優異的材料，一般是指對金屬材料特別是鋼材的處理。
一般來說熱處理的種類有大可分為退火、淬火、回火還有正常化熱處理設備。
模具材料之熱處理可分為材料熱處理及材料表面熱處理。 模具材料熱處理之方法一般有均質化處理(Normalize)、退火、淬火等方法。 材料表面熱處理一般有滲碳淬火、高週波淬火、火焰淬火、氮化處理及鍍金等方法。
※電熱爐 電熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源，其構造簡單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應用於退火、正常化、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發熱體包括Ni-Cr電熱線（最常見，最高用至1200℃）、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬；非金屬發熱體包括SiC（最常見，最高可加熱至1600℃）、LaCrO3及石墨棒（真空或保護氣氛下可加熱至2000℃）。
※燃燒爐 燃燒爐使用氣體燃料或液體燃料作為加熱源，熱處理溫度可達800℃至1200℃之間。常見的氣體燃料包括天然氣、液化石油氣及瓦斯等；液體燃料則包括重油、燈油及輕油等。燃燒爐的熱對流效果很好，特別是低溫加熱之均勻性甚佳；但燃燒爐容易產生燃燒噪音、塵粒、硫氧化物及氮氧化物等環境污染物，則是它的主要缺點。
※鹽浴爐 鹽浴爐設備便宜，加熱速度快，處理件表面氧化程度低，適合小型工件熱處理用。若配合適當的鹽裕，可應用於淬火加熱、滲碳、滲氮、滲硫等表面處理。常用的鹽浴種類包括（1）使用於200℃至500℃的低溫鹽主要以硝酸鹽或亞硝酸鹽；（2）使用在450℃至950℃間的中溫鹽，主要以氯化鈉、氯化鈣及碳酸鈉的混合鹽；（3）使用在950℃至1250℃溫度範圍的高溫鹽則大多以氯化鋇鹽為主。
※氣氛爐 氣氛爐係在氣密的爐體內，通入適當的氣氛進行各項輝面熱處理、滲碳、滲碳氮化及燒結等處理。此類爐具可分為分批式及連續式兩大類，加熱形式則使用電熱、油或燃氣在加熱管內燃燒以進行間接式加熱。
※真空爐 在真空中加熱工件進行各項熱處理之爐具稱為真空爐，一般的真空度在10-2至10-4mmHg左右，經由真空爐熱處理之工件，可防止鋼材表面氧化、脫碳，具有較佳的表面品質。具有冷卻裝置的真空爐，可在非活性氣體中冷卻或淬火油中進行油淬火，但隨著工件體積的增大，使得熱處理成本會大幅增加。
※高週波熱處理裝置 高週波熱處理裝置主要是利用感應電流在工件必要的表面部分加熱，並進行必要的淬火、回火等熱處理程序，以獲得表面硬度大而工件心部韌性佳的表面特性。裝置主要包括高頻產生器、加熱線圈及工件運動夾持機構。感應加熱的加熱效率甚高，能在極短的時間內加熱至高溫，並獲得極佳的硬化層；唯此種熱處理技術會受到工件形狀的影響較大，並不是每個工件都適用高週波熱處理技術。
※流動床 流動床體的基本原理係利用流動的固體微粒（如氧化鋁粉、砂粒）進行加熱或冷卻，它具有高傳熱速率（加熱速度約為一般熱輻射傳導的8倍）及表面清潔作用等雙重優點，可使用於正常化、退火、淬火、沃斯回火及麻回火等熱處理程序。
鋼鐵之熱處理 ※均質退火處理 簡稱均質化處理（Homogenization），係利用在高溫進行長時間加熱，使內部的化學成分充分擴散，因此又稱為『擴散退火』。加熱溫度會因鋼材種類有所差異，大鋼錠通常在1200℃至1300℃之間進行均質化處理，高碳鋼在1100℃至1200℃之間，而一般鍛造或軋延之鋼材則在1000℃至1200℃間進行此項熱處理。
※完全退火處理 完全退火處理係將亞共析鋼加熱至Ac3溫度以上30~50℃、過共析鋼加熱至Ac1溫度以上50℃左右的溫度範圍，在該溫度保持足夠時間，使成為沃斯田體單相組織（亞共析鋼）或沃斯田體加上雪明碳體混合組織後，在進行爐冷使鋼材軟化，以得到鋼材最佳之延展性及微細晶粒組織。
※球化退火處理 球化退火主要的目的，是希望藉由熱處理使鋼鐵材料內部的層狀或網狀碳化物凝聚成為球狀，使改善鋼材之切削性能及加工塑性，特別是高碳的工具鋼更是需要此種退火處理。常見的球化退火處理包括：（1）在鋼材A1溫度的上方、下方反覆加熱、冷卻數次，使A1變態所析出的雪明碳鐵，繼續附著成長在上述球化的碳化物上；（2）加熱至鋼材A3或Acm溫度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田體後急冷，再依上述方法進行球化處理。使碳化物球化，尚可增加鋼材的淬火後韌性、防止淬裂，亦可改善鋼材的淬火回火後機械性質、提高鋼材的使用壽命。
※軟化退火處理 軟化退火熱處理的熱處理程序是將工件加熱到600℃至650℃範圍內（A1溫度下方），維持一段時間之後空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度軟化、回復原先之韌性，以便能再進一步加工。此種熱處理方法常在冷加工過程反覆實施，故又稱之為製程退火。大部分金屬在冷加工後，材料強度、硬度會隨著加工量漸增而變大，也因此導致材料延性降低、材質變脆，若需要再進一步加工時，須先經軟化退火熱處理才能繼續加工。
※弛力退火處理 弛力退火熱處理主要的目的，在於清除因鍛造、鑄造、機械加工或焊接所產生的殘留應力，這種殘存應力常導致工件強度降低、經久變形，並對材料韌性、延展性有不良影響，因此弛力退火熱處理對於尺寸經度要求嚴格的工件、有安全顧慮的機械構件事非常重要的。弛力退火的熱處理程序係將工件加熱到A1點以下的適當溫度，保持一段時間（不需像軟化退火熱處理那麼久）後，徐緩冷卻至室溫。特別需要注意的是，加熱時的速度要緩慢，尤其是大型物件或形狀複雜的工件更要特別注意，否則弛力退火的成效會大打折扣。
※正常化處理 正常化熱處理有兩個重要的功用，一是使工件結晶粒微細化而改善材料機械性質；另一個目的是調節軋延或鑄造組織中碳化物的大小或分佈狀態，以利後續熱處理時碳化物容易固溶於材質，以便提昇材料切削性，並使材質均勻化。正常化熱處理的熱處理程序，係將工件加熱至A3（亞共析鋼）或Acm（過共析鋼）點溫度以上30℃至60℃的高溫（此即為正常化溫度）保持一段時間，材質成為均勻沃斯田體後，靜置於空氣中使之冷卻。正常化時間的估算，可以每25mm厚度持溫30分鐘來估算需持溫時間。正常化熱處理又可分為二段正常化、恆溫正常化及二次正常化等多種改良式正常化熱處理。
※淬火處理 淬火處理的主要目的是將鋼材急速冷卻以便獲得硬度極大的麻田散體組織。鋼的淬火處理有三個要件，缺一不可，分別是：（1）在沃斯田體區域內加熱一段時間（即沃斯田體化）；（2）冷卻時要能避開Ar’（波來體）變態；及（3）使鋼材產生麻田散體或變韌體而硬化。 淬火處理可分為兩個程序來實施，一是加熱；一是冷卻。通常加熱溫度又稱為淬火溫度或沃斯田體化溫度，依熱處理鋼材的不同而有所差異。亞共析鋼的淬火溫度在Ac3溫度以上30℃至60℃範圍內，共析鋼及過共析鋼的淬火溫度則是加熱至Ac1溫度以上30℃至60℃溫度範圍內。冷卻時要分兩個階段來冷卻，鋼從加熱爐取出的鋼件，一直冷卻到Ar’’變態前的臨界區域，要盡量迅速冷卻；在Ar’’以下的溫度區域則需採緩慢冷卻的方式，否則易造成鋼材的淬裂或淬火變形，此溫度區域又稱為危險區域。
※回火處理 一般回火處理常繼在淬火處理之後實施，以便消除淬火處理之不良影響而保留並發揮淬火之功效，其主要目的是使淬火生成的組織變態或析出更加安定（使形成回火麻田散體），減少殘留應力並改善相關機械性質（提昇材料延展性）。回火溫度不同，會產生不同的機械強度與延展性組合，一般回火溫度大多在600℃以下，因為更高的回火溫度，任何鋼材都會呈現急速軟化的趨勢，此時碳化物逐漸凝聚而球化、肥粒體會再結晶而成長為連續基地，是軟化的主要原因。
※回火脆性 回火處理要避開幾個會產生回火脆性的溫度範圍，這些脆化溫度範圍視鋼材種類而有所不同，包括：（1）270℃至350℃脆化（又稱低溫回火脆性或A脆性），大多數的碳鋼及低合金鋼，都在此溫度範圍內發生脆化現象；（2）400℃至550℃脆化，通常構造用合金鋼在此溫度範圍內會產生脆化現象；（3）475℃脆化（特別指Cr含量超過13%的肥粒體系不銹鋼）；（4）500℃至570℃脆化，針對工具鋼或高速鋼在此溫度範圍加熱，會析出分佈均勻的碳化物，產生二次硬化效果，但也易導致脆性。
※麻淬火處理 麻淬火處理的主要目的，在降低淬火時工件內外溫度的巨大差異，並使於較低溫度時工件內外一起產生麻田散體變態，可避免淬火破裂，並使淬火變形量降至最低而無損任何淬火硬度。其主要操作程序係將鋼材淬入至溫度在Ms點微上之熱浴中，短暫持溫使工件內外溫度相同後，再提出空冷，使工件形成麻田散體變態的熱處理方法。
※麻回火處理 麻回火處理是將鋼材淬入Ms與Mf溫度範圍之間的熱浴，經過長時間持溫後，使過冷合金沃斯田體一部分變態成麻田散體，一部分變態成下變韌體。此種熱處理後，可不必再行回火處理，且可降低一般淬火回火之急劇程度；其最終組織為回火麻田散體及變韌體之混合，因此擁有高硬度和高韌性的組合。主要的缺點是需要保持恆溫的時間甚久，在工業應用上較不經濟。
※沃斯回火處理 沃斯回火處理是一種較為特殊的熱處理方法，主要程序是將鋼材淬入溫度介於S曲線鼻部與Ar’’（Ms點）溫度之間的熱浴，直到過冷沃斯田體完全變態成變韌體才取出空冷的一種熱處理方法，亦稱為變韌淬火，它不需要再行回火處理。沃斯回火的最大特色是可得高硬度、高韌性兼具的材質，一般而言，變態溫度愈高，強硬度愈低，但可增進低溫韌性；變態溫度愈接近Ms溫度，所得之強度、硬度皆大增，且伸長率及斷面收縮率亦大增，頗適合小型工件之大量生產。
熱處理跟真空熱處理最大的不同就是在於氧氣的供應量。 單純熱處理是將鋼材放在空氣中加熱至所需的溫度；真空熱處 理則是在真空的狀態下，或是將氧氣除去的環境中熱處理。
在冶金的過程中，氧化物的生成是一個反應中最不期望發生的 副產物產生過程。在煉鋼的過程中，足夠的氧氣，會使得表面 形成厚厚的鐵鏽，輕則只是造成表面的汙染與清除的麻煩；要 是生成的鐵鏽較多或是經歷時間較久，消耗的鐵總量足以影響 合金的總成分。
所以是否真空熱處理對於鋼材的影響，要看您的熱處理溫度與 熱處理時間而定。
溫度如果高於727度以上，鐵會有新的相變化產生。這可以參考 鐵-碳平衡相圖。溫度越高時間越久，對於表面生成氧化物越有 幫助；便會使得鋼材慢慢消耗。相變化的部份，就要額外考慮 您對於機械性質或是微結構的要求，在進行爐冷或淬火等製程。 溫度如果低於727度，不會有相變化的發生，表面氧化物生成也 相對隨溫度越低越趨和緩，但時間拖長了以後，氧化物也是會 慢慢增厚。
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