鑄態(tài)鑄鐵的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，此處理方法是先提供第一鑄態(tài)鑄鐵。然后，對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流，以形成第二鑄態(tài)鑄鐵。第一鑄態(tài)鑄鐵包含碳、鎳、硅、鈷、錳、鎂、磷、硫及鐵，但不含鈦，且多個第一石墨粒子是分散于第一鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)。第二鑄態(tài)鑄鐵包含0.2wt%至0.3wt%的碳，而這些第一石墨粒子與多個第二石墨粒子是分散于第二鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)，且當溫度為50℃至200℃時，第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1×10-6℃-1至4.25×10-6℃-1。
【專利說明】鑄態(tài)鑄鐵的處理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種處理方法,且特別是有關于一種鑄態(tài)鑄鐵(as-cast castingiron)的處理方法。
【背景技術】
[0002]隨著精密工業(yè)及半導體光電產(chǎn)業(yè)的進步，加工機的加工精密度已無法滿足前述產(chǎn)業(yè)的進步。究其原因在于加工機零件所使用的鋼鐵材料易受到環(huán)境溫度影響而膨脹或收縮，進而無法提升加工機的加工精度。再者，精密工業(yè)及半導體光電產(chǎn)業(yè)所使用的加工機的加工平臺非常窄小，而無法有效利用冷卻系統(tǒng)來降低加工機的操作溫度。
[0003]目前常見的解決方法是使用低熱膨脹系數(shù)的鑄鐵材料作為加工機零件，以降低加工機零件受熱膨脹所引起的體積變化，而可提升加工機的加工精密度。
[0004]然 而，已知的低熱膨脹系數(shù)的鑄鐵材料須先進行高溫均質(zhì)化制程，以消除鑄鐵材料中的偏析現(xiàn)象。然后，對材料進行熱處理制程，以降低材料中的碳含量。接著，進行淬火制程，以保持材料中的碳含量。之后，進行低溫回火制程，以消除上述的淬火制程所產(chǎn)生的應力。雖然經(jīng)由上述已知的熱處理方法可獲得低熱膨脹系數(shù)的鑄鐵材料。然而，此方法須消耗大量的能源才可有效降低材料的熱膨脹系數(shù)。
[0005]有鑒于此，亟需提出一種鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，以改善已知的鑄態(tài)鑄鐵的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]因此，本發(fā)明的一目的是在提供一種鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其是通過對鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流，以降低鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種鑄態(tài)鑄鐵的處理方法。在一實施例中，此鑄態(tài)鑄鐵的處理方法是先提供第一鑄態(tài)鑄鐵。然后，于10°C至40°C下,對此第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流達5分鐘，以形成第二鑄態(tài)鑄鐵?；诘谝昏T態(tài)鑄鐵的總重為100重量百分比(wt%),第一鑄態(tài)鑄鐵包含lwt%至2.4wt%的碳、28wt%至38wt%的鎮(zhèn)、0.3wt%至2.8wt%的娃、0.lwt% 至 9wt% 的鈷、0.4wt% 至 lwt% 白勺猛、0.03wt% 至 0.08wt% 的續(xù)、0.04wt% 至 0.2wt%的磷、0.02wt%至0.2wt%的硫，而其余部分為鐵，但不含鈦，且多個第一石墨粒子是分散于第一鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)。脈沖電流的電流密度為1.67 X IO3安培/平方毫米(A/mm2)，電壓為2500伏特(V)，且這些第一石墨粒子與多個第二石墨粒子是分散于第二鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)。第二鑄態(tài)鑄鐵包含0.2被％至0.3wt%的碳，且當溫度為50°C至200°C時，第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1XlO-6oC 至 4.25 X IO-6oC '
[0008]依據(jù)本發(fā)明一實施例，上述的第一鑄態(tài)鑄鐵的碳含量是lwt%至2wt%，鎳含量是34wt% 至 36wt%,且娃含量是 0.3wt% 至 2wt%。
[0009]依據(jù)本發(fā)明另一實施例，上述的第一鑄態(tài)鑄鐵具有規(guī)則對稱的外型，且此外型是非球型。
[0010]依據(jù)本發(fā)明又一實施例，上述的外型是線型、柱型或棒型。[0011]依據(jù)本發(fā)明再一實施例，當溫度為50°C至150°C時，第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為 2.1 X IO-6oC 至 2.56 X IO-6oC 。
[0012]依據(jù)本發(fā)明又另一實施例，于對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之前，此鑄態(tài)鑄鐵的處理方法還包含進行熱處理制程及冷卻制程。此熱處理制程是將第一鑄態(tài)鑄鐵置于1000°c進行I小時，而冷卻制程則是將該第一鑄態(tài)鑄鐵冷卻至10°c至40°C。
[0013]依據(jù)本發(fā)明再另一實施例，于對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之后，此鑄態(tài)鑄鐵的處理方法還包含進行回火制程及冷卻制程。此回火制程是將第二鑄態(tài)鑄鐵置于350°C進行2小時，而冷卻制程則是將該第二鑄態(tài)鑄鐵冷卻至10°C至40°C。
[0014]應用本發(fā)明的上述實施例，可通過對鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流，以降低鑄態(tài)鑄鐵的碳含量，進而降低鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0016]圖1是繪示依照本發(fā)明的一實施例的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法的流程圖；
[0017]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的第二鑄態(tài)鑄鐵的光學顯微鏡圖；
[0018]圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的第二鑄態(tài)鑄鐵的光學顯微鏡圖；
[0019]圖4是繪示根 據(jù)本發(fā)明的一實施例的第二鑄態(tài)鑄鐵的長度變化率與溫度的曲線圖；
[0020]圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明的一比較例的第二鑄態(tài)鑄鐵的長度變化率與溫度的曲線圖。
[0021]【主要元件符號說明】
[0022]100:方法
[0023]101:提供第一鑄態(tài)鑄鐵的制程
[0024]103:對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流的制程
【具體實施方式】
[0025]以下詳細討論本發(fā)明實施例的制造和使用。然而，可以理解的是，下列的實施例提供許多可應用的發(fā)明概念，其可實施于各式各樣的特定內(nèi)容中。惟所討論的特定實施例僅供說明，并非用以限定本發(fā)明的范圍。
[0026]本發(fā)明的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法是利用脈沖電流通過導體所產(chǎn)生的熱焦耳效應及電遷移效應來處理鑄態(tài)鑄鐵，而可減少鑄態(tài)鑄鐵的碳含量，進而降低鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)。本發(fā)明所稱的“鑄態(tài)鑄鐵”是指澆鑄制程后，未進行任何處理制程的鑄鐵材料。上述的“熱焦耳效應”是指電流通過導體內(nèi)部時會產(chǎn)生焦耳熱，而提高導體材料的溫度。上述的“電遷移效應”則是指電流通過導體內(nèi)部時，導體內(nèi)部的金屬原子受到電子流的撞擊而產(chǎn)生位移的現(xiàn)象。
[0027]請參照圖1，其是繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法的流程圖。在一實施例中，本發(fā)明的處理方法100是先進行提供第一鑄態(tài)鑄鐵的制程101。然后，進行對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流的制程103,以形成第二鑄態(tài)鑄鐵。[0028]基于制程101所提供的第一鑄態(tài)鑄鐵的重量為100wt%，第一鑄態(tài)鑄鐵包含1?七％至
2.4wt% 的碳、28wt% 至 38wt% 的鎮(zhèn)、0.3wt% 至 2.8wt% 的娃、0.lwt% 至 9wt% 的鈷、0.4wt% 至lwt% 的猛、0.03wt% 至 0.08wt% 的續(xù)、0.04wt% 至 0.2wt% 的憐、0.02wt% 至 0.2wt% 的硫，而其余部分為鐵，且第一鑄態(tài)鑄鐵不包含鈦。在一實施例中，第一鑄態(tài)鑄鐵的碳含量為lwt%至2wt%，鎳含量為34wt%至36wt%，且硅含量為0.3wt%至2wt%。倘若第一鑄態(tài)鑄鐵包含鈦，于澆鑄第一鑄態(tài)鑄鐵的冷卻過程時，高溫的鐵水容易產(chǎn)生“熱裂”現(xiàn)象，而使得澆鑄后的第一鑄態(tài)鑄鐵具有裂縫的缺陷，進而造成脈沖電流無法通過熱裂的區(qū)域，因此影響對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流的功效，其中“熱裂”是指高溫的鐵水于冷卻過程時，已冷卻的低溫部位會冷卻收縮，而形成一收縮應力，進而拉裂鐵水中鄰近的未冷卻的高溫部位，因此使得澆鑄后的鑄態(tài)鑄鐵形成熱裂的缺陷。多個第一石墨粒子則是分散于第一鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)。
[0029]前述對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流的制程103是于室溫(例如10°C至40°C )下，對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流達5分鐘，脈沖電流的電流密度可為1.67 X 103A/mm2，且電壓可為2500V。
[0030]當對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流時，通過第一鑄態(tài)鑄鐵的電流會產(chǎn)生熱焦耳效應，而產(chǎn)生熱能，進而可加熱第一鑄態(tài)鑄鐵，因此可對第一鑄態(tài)鑄鐵產(chǎn)生均質(zhì)化的作用，借以消除第一鑄態(tài)鑄鐵于澆鑄時所產(chǎn)生的偏析。其次，電流通過第一鑄態(tài)鑄鐵所產(chǎn)生的熱能亦可打斷第一鑄態(tài)鑄鐵中的化合碳的碳鐵鍵結，而可形成游離碳。再者，當電流通過第一鑄態(tài)鑄鐵時，電流會產(chǎn)生電遷移效應，而使得上述的第一鑄態(tài)鑄鐵中的游離碳遷移，不僅可聚集并形成多個第二石墨粒子，更可與上述的第一石墨粒子結合，使得第二鑄態(tài)鑄鐵中的第一石墨粒子的體積增加。第一石墨粒子與新生的第二石墨粒子則分散于第二鑄態(tài)鑄鐵中。在其他實施例中，游離碳亦可僅形成新生的第二石墨粒子。由于石墨材料具有良好的潤滑性質(zhì)，因此通過本發(fā)明的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法亦可有效提升第二鑄態(tài)鑄鐵的機械加工性質(zhì)。
[0031]請參照圖2與圖3，其是分別顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的第二鑄態(tài)鑄鐵的光學顯微鏡圖，其中比例尺規(guī)的長度均是代表20 μ m。依據(jù)圖2與圖3所顯示的內(nèi)容可知，第一鑄態(tài)鑄鐵于施加脈沖電流后，電遷移效應使得游離碳于第二鑄態(tài)鑄鐵中聚集，而形成較小的新生的第二石墨粒子?；蛘?，使得游離碳與第一石墨粒子結合，而使得第二鑄態(tài)鑄鐵的第一石墨粒子的體積大于第一鑄態(tài)鑄鐵的第一石墨粒子的體積。
[0032]請再參照圖1，當施加脈沖電流于第一鑄態(tài)鑄鐵時，電流會經(jīng)由最短的路徑通過第一鑄態(tài)鑄鐵。因此，上述的第一鑄態(tài)鑄鐵須具有規(guī)則對稱的外型，且此外型是非球型。倘若第一鑄態(tài)鑄鐵具有非規(guī)則對稱的外型，電流將不會通過第一鑄態(tài)鑄鐵中外型較復雜的區(qū)域，而無法對第一鑄態(tài)鑄鐵進行整體的處理，進而無法有效降低第一鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)。在一實施例中，第一鑄態(tài)鑄鐵的外型可為線型、柱型或棒型。
[0033]上述的第二鑄態(tài)鑄鐵包含0.2被％至0.3wt%的碳，且當溫度為50°C至200°C時，第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1XlO-6oC ―1至4.25X 10_6°C '在一實施例中，當溫度為50°C至150°C時，第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1 X IO^6oC 至2.56 X IO^6oC '
[0034]在一實施例中，在對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之前，此鑄態(tài)鑄鐵的處理方法可選擇性依序進行熱處 理制程與冷卻制程。熱處理制程是先將第一鑄態(tài)鑄鐵置于1000°c下進行I小時，以對第一鑄態(tài)鑄鐵進行均質(zhì)化，而可提升脈沖電流處理制程的功效。上述的冷卻制程則是將第一鑄態(tài)鑄鐵冷卻至室溫(例如:10°c至40°C )。
[0035]在另一實施例中，在對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之后，此鑄態(tài)鑄鐵的處理方法可選擇性依序進行回火制程與冷卻制程?；鼗鹬瞥淌窍葘⒌诙T態(tài)鑄鐵置于350°C進行2小時，以消除第鑄態(tài)鑄鐵中的應力，而可提升第二鑄態(tài)鑄鐵的機械性質(zhì)。上述的冷卻制程則是將第二鑄態(tài)鑄鐵冷卻至室溫(例如:10°C至40°C )。
[0036]以下利用實施例以說明本發(fā)明的應用，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。
[0037]實施例
[0038]首先，利用市售的脈沖電流儀器的銅電極夾具固定第一鑄態(tài)鑄鐵的兩端，且兩電極的距離是35mm,其中第一鑄態(tài)鑄鐵是長方體,而第一鑄態(tài)鑄鐵的長為50mm、寬為50mm且高為20mm。然后，將脈沖電流儀器的電壓設定為2500V，電流設定為1.67 X 103A/mm2，且于室溫(27V )下，對第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流達5分鐘，以形成第二鑄態(tài)鑄鐵。
[0039]比較例
[0040]比較例是使用與實施例相同的第一鑄態(tài)鑄鐵，但未進行脈沖電流處理制程。
[0041]請參照圖4與圖5，其是分別繪示根據(jù)本發(fā)明實施例(圖4)與比較例(圖5)制得的第二鑄態(tài)鑄鐵的長度變化率與溫度的曲線圖，其中縱軸為第二鑄態(tài)鑄鐵的長度變化率(%)，橫軸為溫度(V )。根據(jù)如下式(I)所示的熱膨脹系數(shù)公式可知，圖4與圖5的曲線斜率即為第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù):
【權利要求】
1.一種鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，包含: 提供一第一鑄態(tài)鑄鐵，基于該第一鑄態(tài)鑄鐵的總重為100重量百分比(wt % ),該第一鑄態(tài)鑄鐵包含Iwt %至2.4wt %的碳、28wt %至38wt %的鎳、0.3wt %至2.8wt %的娃、0.1wt % 至 9wt % 的鈷、0.4wt % 至 Iwt % 的猛、0.03wt % 至 0.08wt % 的續(xù)、0.04wt % 至0.2wt%的磷、0.02wt%至0.2wt%的硫，而其余部分為鐵,但不含鈦,且多個第一石墨粒子是分散于該第一鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)；以及 于10°C至40°C下,對該第一鑄態(tài)鑄鐵施加一脈沖電流達5分鐘，以形成一第二鑄態(tài)鑄鐵，其中該脈沖電流的電流密度為1.67 X IO3安培/平方毫米、電壓為2500伏特，且所述多個第一石墨粒子與多個第二石墨粒子是分散于該第二鑄態(tài)鑄鐵內(nèi)，且 其中該第二鑄態(tài)鑄鐵包含0.2被％至0.3wt%的碳，且當溫度為50°C至200°C時，該第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1XlO^6oC -1至4.25X 10_6° C—1。
2.根據(jù)權利要求1所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，該第一鑄態(tài)鑄鐵的該碳的含量是Iwt %至2wt%,該鎳的含量是34wt%至36wt%,且該娃的含量是0.3wt%至2wt%。
3.根據(jù)權利要求1所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，該第一鑄態(tài)鑄鐵具有規(guī)則對稱的一外型，且該外型是一非球型。
4.根據(jù)權利要求3所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，該外型是一線型、一柱型 或一棒型。
5.根據(jù)權利要求1所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，當溫度為50°C至150° C時，該第二鑄態(tài)鑄鐵的熱膨脹系數(shù)為2.1X 10_6° C—1至2.56X IO-6TT1。
6.根據(jù)權利要求1所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，于對該第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之前，還包含: 進行一熱處理制程，將該第一鑄態(tài)鑄鐵置于1000° C進行I小時；以及 進行一冷卻制程，以將該第一鑄態(tài)鑄鐵冷卻至10° C至40° C。
7.根據(jù)權利要求1所述的鑄態(tài)鑄鐵的處理方法，其特征在于，于對該第一鑄態(tài)鑄鐵施加脈沖電流之后，還包含: 進行一回火制程，將該第二鑄態(tài)鑄鐵置于350° C進行2小時；以及 進行一冷卻制程，以將該第二鑄態(tài)鑄鐵冷卻至10° C至40° C。
【文檔編號】C21D10/00GK103898295SQ201210584277
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2012年12月28日
【發(fā)明者】葉松瑋, 康進興, 施景祥 申請人:財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心