臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要目的是探討利用模內法來製作球墨鑄鐵鑄件時，其反應室設計（反應室入口與出口截面積比、球化劑與反應室高度比、反應室形狀設計、反應劑添加等）對於呋喃樹脂模球墨鑄鐵鑄件品質(拉伸性質、金相顯微組織)的影響；此外，亦對鑄件之硬度分布做調查，並對鑄件品質之再現性以統計的手法進行分析。
研究結果顯示：(1)反應室入口與出口截面積比例為1：0.8時，鑄件的品質最佳，球化率約為91.5%，球墨顆粒數為315個/mm2，抗拉強度為50.96kg/mm2、伸長率為21.4%。(2) 當球化劑高度為反應室高度2/3時，實驗結果鑄件之金相顯微組織、球化率以及抗拉強度皆比另兩者條件好。(3)反應室形狀設計為正方體時，其球化率以及機械性質為最佳，而模數增加(圓柱體)或是減少(長方體)時其機械性質都有下降的趨勢。(4)將球化劑和接種劑(作為覆蓋劑)以同時添加的方式來製作呋喃樹脂模球墨鑄鐵鑄件時，其球化效果差，鑄件成為片狀石墨鑄鐵。(5)鑄件頂面之硬度分布呈現：遠離冒口的端面硬度最高，靠近冒口附近區域硬度最低的趨勢；各斷面之平均硬度高低順序為：Section I＞Section II＞Section III；所以從整體硬度高低分布的情況來說是符合鑄件在冷卻時之先後順序的情形。(6)利用統計學中Wilcoxon符號檢定的方法，對鑄件品質(抗拉強度)之再現性進行分析結果顯示，其虛無假設成立，也就是樣本數值(抗拉強度)與平均數的差異性小亦即信賴水準高(95%信賴水準)；因此，表示鑄件品質之再現性良好。

The objective of this study is to investigate the effect of the reaction chamber design (inlet and outlet cross section area ratio, nodulant and reaction chamber height ratio, reaction chamber shape, addition of the reaction agent etc., ) of in-mold process on the quality (tensile property, metallographic microstructure) of spheroidal graphite cast iron casting by furan resin mold. The hardness distribution and the repeatability of casting quality by the statistic method are also studied in this research.

The results of this study indicate that：(1) when the reaction chamber inlet and outlet cross section area ratio is 1：0.8, the casting quality of spheroidal graphite cast iron casting is the best. The nodularity is 91.5%, the nodule counts is 315 counts/mm2, the tensile strength is 50.96kg/mm2, and the elongation is 21.4%. (2) When the nodulant to the reaction chamber height ratio is 2/3, the metallographic microstructure, nodularity, nodule counts, and the tensile strength of casting are better than the other two height ratios. (3) When the shape of the reaction chamber is designed as a cubic, the nodularity and the mechanical properties are the best. Either the modulus increased (cylindric) or decreased (rectangular), the metallographic microstructure and the mechanical properties were toward to worse. (4) When the inoculant (used as the cover agent) and the nodulant are added in the same time to manufacture the spheroidal graphite cast iron casting of the furan mold, the casting results indicate that the nodularity is bad, and the casting become flake graphite cast iron. (5) For the hardness distribution on the top plane of casting, the hardest spot is at the end side far away the riser and the softest spot is at the side near of riser. The sequence of the average hardness of each cross section planes is：section I＞section II＞section III. From the view point of hardness distribution, the trend of hardness matches the cooling sequence of the casting. (6) Use the statistic method of the Wilcoxon sign test to analyze the repeatability of casting quality (tensile strength), the results indicate the assumption is concluded i.e. the sample values (tensile strength) to the average values is so closely. In the other words, it has high confidence level. So it can be concluded that the repeatability of casting quality is good.

中文摘要………………………………………………………… I
英文摘要………………………………………………………… II
目 錄…………………………………………………………… IV
中文圖目錄……………………………………………………… VIII
英文圖目錄……………………………………………………… XIII
中文表目錄……………………………………………………… XXII
英文表目錄……………………………………………………… XXIII
第一章 緒論……………………………………………………… 1
1.1 前言……………………………………………………. 1
1.2 文獻回顧……………………………………………….. 2
1.3 研究動機……………………………………………….. 6
第二章 基礎理論…………………………………………………… 8
2.1 呋喃樹脂模簡介………………………………………… 8
2.2 球狀石墨鑄鐵…………………………………………… 9
2.2.1 球化處理………………………………………………… 10
2.2.2 退化效應………………………………………………… 10
2.2.2.1 原因一…………………………………………………… 10
2.2.2.2 原因二…………………………………………………… 11
2.2.2.3 原因三…………………………………………………… 11
2.2.3 流系統設計……………………………………………… 11
2.2.3.1 澆鑄時間………………………………………………… 11
2.2.3.2 進模口大小……………………………………………… 12
2.2.4 缺陷類型………………………………………………… 13
2.3 模內法…………………………………………………… 15
2.3.1 簡介……………………………………………………… 15
2.3.2 設計原理………………………………………………… 15
2.3.2.1 熔解係數法……………………………………………… 15
2.3.2.2 比熔解面積法…………………………………………… 16
第三章 實驗設備與實驗方法……………………………………… 17
3.1 實驗材料………………………………………………… 17
3.1.1 造模砂…………………………………………………… 17
3.1.2 鑄造模型………………………………………………… 17
3.2 熔煉原料………………………………………………… 18
3.2.1 呋喃樹脂模球墨鑄鐵之碳、矽百分比………………… 19
3.3 實驗設備………………………………………………… 19
3.3.1 高週波感應熔解爐……………………………………… 19
3.3.2 電子磅秤………………………………………………… 20
3.3.3 紅外線放射溫度計……………………………………… 20
3.3.4 電腦控制動態材料試驗機(MTS)………………………… 20
3.3.5 其他實驗設備…………………………………………… 20
3.4 實驗條件………………………………………………… 20
3.5 實驗方法………………………………………………… 21
3.5.1 實驗流程………………………………………………… 21
3.5.2 模內法之反應室的尺寸設計…………………………… 22
3.5.3 澆流系統之尺寸設計…………………………………… 23
3.5.4 冒口尺寸………………………………………………… 24
3.5.5 試驗試片規格與製作…………………………………… 24
3.5.6 鑄件硬度分布試驗……………………………………… 25
3.5.7 金相試驗………………………………………………… 27
第四章 結果與討論………………………………………………… 30
4.1 反應室入口與出口截面積比對於球墨鑄鐵鑄件品質之影
響……………………………………………………… 30
4.1.1 反應室入口與出口截面積比對於鑄件金相顯微組織之影
響…………………………………………………………… 30
4.1.2 反應室入口與出口截面積比對於鑄件機械性質之影響… 34
4.2 球化劑添加高度對於球墨鑄鐵鑄件品質之影響………… 37
4.2.1 球化劑添加高度對於鑄件金相顯微組織之影響………… 37
4.2.2 球化劑添加高度對於鑄件機械性質之影響……………… 41
4.3 反應室形狀設計對於球墨鑄鐵鑄件品質之影響………… 44
4.3.1 反應室形狀設計對於鑄件金相顯微組織之影響………… 44
4.3.2 反應室形狀設計對於鑄件機械性質之影響……………… 49
4.4 反應劑添加對於球墨鑄鐵鑄件品質之影響……………… 53
4.4.1 接種劑和球化劑同時添加對於鑄件金相顯微組織之影
響…………………………………………………………… 53
4.5 模內法反應室設計固定時之球墨鑄鐵鑄件硬度分布…… 60
4.5.1 頂面之硬度分布…………………………………………… 62
4.5.2 側斷面之硬度分布………………………………………… 64
4.6 反應室體積之設計………………………………………… 66
4.7 反應室設計最佳化條件下鑄件品質之再現性…………… 69
4.7.1 統計方法計算……………………………………………… 76
第五章 結 論………………………………………………………… 79
5.1 反應室入口與出口截面積比對於球墨鑄鐵鑄件品質之影
響…………………………………………………………… 79
5.2 球化劑與反應室高度比對球墨鑄鐵鑄件品質之影響…… 79
5.3 反應室形狀設計對於球墨鑄鐵鑄件品質之影響………… 80
5.4 反應劑添加對於球墨鑄鐵鑄件品質之影響……………… 80
5.5 反應室設計條件固定時之鑄件硬度分布………………… 80
5.6 反應室設計最佳化條件下鑄件品質之再現性…………… 81
參考文獻……………………………………………………………… 82
致 謝……………………………………………………………… 85

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