「金屬的健身房！」——熱處理讓零件更硬、更穩、更耐操

在精密零件的製造流程中，「熱處理」是與表面處理並列的重要環節。它的目的不僅是讓材料「變硬」，更是為了讓金屬的內部結構更加穩定，提升整體機械性能、延長使用壽命，並確保後續加工與組裝能維持精度。
對 CNC 加工而言，熱處理是隱藏在零件內部的品質基礎——沒有它，再高的加工精度也難以長期維持。

🌡️ 為什麼要進行熱處理？

金屬在鑄造、鍛造或切削加工後，內部往往殘留高溫造成的「內應力」。
這些應力若未釋放，零件在使用中可能出現：

• 加工後變形或尺寸漂移
• 表面裂紋、疲勞損壞
• 硬度不足導致快速磨耗
• 長期使用後強度下降

透過熱處理，可以改變金屬的晶粒結構與碳原子分佈，讓硬度、韌性與穩定性達到理想平衡。換句話說，熱處理是在金屬內部進行「結構重整」，讓材料從內而外都具備更高的可靠性。

⚙️ 常見熱處理方式與特性

🧩 熱處理對尺寸的影響

熱處理能改善強度與硬度，但同時會帶來體積與形狀變化。尤其在「淬火」階段，由於冷卻速度極快，內外層溫差造成應力不均，容易導致變形甚至裂開。

因此，工程師在設計與加工階段會採取以下三項策略：

1. 預留加工餘量
   熱處理前預先放寬尺寸，例如外徑預留 0.02–0.05 mm 供後續研磨修正。
2. 使用治具固定形狀
   防止長軸或薄壁零件因應力釋放而彎曲。
3. 分段熱處理流程
   例如先進行退火（Annealing）釋放應力，再進行硬化與回火，降低變形率。

🧠 不同材料的熱處理策略

各種材料都有其適合的熱處理條件，方法選錯反而會造成材料脆化或強度下降。

• 碳鋼（S45C、SCM440） → 淬火＋回火組合，兼顧硬度與韌性。
• 不鏽鋼（SUS420、SUS440C） → 採真空熱處理，防止氧化並保持光澤。
• 工具鋼（SKD11、SKH51） → 高溫回火，確保高硬度與抗磨耗能力。
• 鋁合金（A6061、A7075） → T6 處理，藉析出硬化提升強度與延展性。

專業工程師會根據零件的用途、公差要求與工作環境，選擇適合的熱處理條件與溫度曲線，並透過硬度檢驗與顯微組織分析，確保材料特性達到穩定與一致。

🔍 實務案例

以高強度銷軸為例，若未經熱處理，其抗拉強度僅約 80 kgf/mm²，長期受力後容易磨損或斷裂。
經過「滲碳＋回火」處理後，表面硬度可達 HRC 58，內部仍保有足夠韌性，耐磨壽命提升近三倍。
為避免尺寸變化，工程師會預留加工餘量，並在熱處理後進行精密研磨，使尺寸控制在 ±0.005 mm 以內。
這樣的流程確保了零件在高負載條件下依然穩定運作。