金屬與合金
硬化能(hardenability)
這是一個幾乎讓每個初學者絆倒的區別。硬度是鋼在「表面」能變得多硬。硬化能則是硬度能「多深」地達到厚件內部。兩者聽起來相似卻是不同的性質:一種鋼可以有很高的表面硬度,硬化能卻很差,使得心部仍軟。硬化能回答的問題是:如果我淬一根粗棒,它到底硬到多深?
淬一根棒時,表面幾乎瞬間冷卻,但中心冷得慢,因為熱必須慢慢從金屬內爬出。若這種鋼只有在冷卻極快時才轉變成硬麻田散鐵,那麼只有冷得快的表層會硬化,而冷得慢的心部反而變成軟波來鐵。高硬化能代表這種鋼即使在較深處那種較慢的冷卻速率下也能形成麻田散鐵,因此能整根硬透。買到硬化能的不是更多的碳(碳決定的是最高硬度),而是合金元素(鉻、鉬、鎳、錳、硼),它們拖慢了競爭性的軟轉變,使麻田散鐵即使在慢淬時也能形成。
硬化能在實際設計中至關重要,因為多數零件並非薄如刀片。便宜的碳鋼可能只硬化幾毫米深,留下柔軟的內部;像 4140 這樣的低合金鋼則能硬透厚得多的斷面,這正是齒輪、軸與螺栓用合金鋼製造的原因。它也讓你能較溫和地淬火(用油而非水),降低開裂與變形。硬化能是量測出來的,不是猜的,量測方法就是若米尼末端淬火試驗。
兩根以相同方式淬火的棒:碳鋼 1040 可能只硬化 3 到 5 mm 深、內部仍軟,而同尺寸的 4140(鉻鉬鋼)棒則能硬透。最高硬度相同(由約 0.4% 碳決定),深度卻大不相同(由合金決定)。
碳決定「多硬」;合金決定「多深」。這就是硬化能的全部精髓。
典型陷阱:加碳提高的是最高硬度,對硬化能幫助相對有限,硬化深度主要來自合金元素。硬度與硬化能不是同一種量測。
又稱
另見