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提高粉末冶金不銹鋼網帶使用壽命的方法

問:不銹鋼網帶之維護、更換頻率太高,原因為何?有何方法可以改善? 

答:
    一般的網帶在操作8周后,由于氮化及碳化導致帶子開始破裂。以傳統314不銹鋼網帶為例,一般常先作調質預熱處理,亦即在870℃下于流動之空氣中以正常條件操作28小時后切換至N2-3%H2,然后持溫2小時,接著于14小時內逐步升溫至1120℃并持溫8小時,然后才開始燒結零件。此時氣氛中含有約3ppm之氧,露點約為-55℃。(即含約20ppm之水蒸氣)。但約8周后,帶子即開始破裂。此乃因不銹鋼表面之薄氧化鉻層在預熱區是氧化狀態,進入高溫區后變成還原性,故表面氧化物被還原,但在進入冷卻區后,雖氣氛一樣,但因溫度降低,又變回氧化性,使網帶又再氧化,此氧化、還原循環將導致材料受損。 
    此外,不銹鋼在高溫區中因零件中之石墨及潤滑劑會分解而產生CO,導致滲碳,此CO與不銹鋼網中之Cr反應生成碳化鉻,而氣氛中之氮也會與鉻反應成氮化鉻,此兩種化合物均為硬脆之化合物,使得不銹鋼網帶壽命縮短。 
    解決方法如下:若將氣氛的露點調高至34℃,亦即水氣為260ppm,則不銹鋼網帶在高溫區仍可維持輕微之氧化性,表面之氧化物不被還原。此外工件表面也無脫碳之現象發生。 
除了上述調整氣氛中之水氣也可添加二氧化碳,此二氧化碳會與氫氣反應成水,此二氧化碳與水均是氧化性氣氛,調整其含量可使不銹鋼網帶維持在輕微之氧化狀態下,但對工件則仍在還原氣氛下,故仍可將鐵粉表面氧化物還原而提高粉末間之鍵結強度,增進工件之機械性質。 
此外在使用前的調質條件也對網帶有影響,若將前述之調質條件改為在760℃(原為870℃)下于流動空氣中持溫28小時,然后切換至含有260ppm水氣之N2-3%H2,持溫2小時然后于14小時內升溫至1120℃,持溫8小時后才開始生產。 
    此處理由870℃降至760℃,可避免不銹鋼中之鉻與空氣中之氮反應,而升溫至1120℃時因氣氛中有水氣,可在網帶表面先生成氧化鉻,故可避免鉻與氮反應。此時網帶壽命比前述最佳狀態時又可再延長1/3之時間,亦即為無調質、無調整氣氛狀況下之2.7倍之使用壽命。此乃因氮化鉻含量較少,晶粒較大,對潛變性質有益的緣故。 

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