臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在探討316沃斯田鐵型不銹鋼及2205雙相不銹鋼經電子束銲接後，銲道顯微組織與微構織的的變化；實驗採用固定的加速電壓、真空度、以及不同的電流與銲速下進行自體銲接，其銲道的凝固方式近似於快速凝固過程，在快速凝固過程下相變化屬於非平衡狀態，常會產生一些特殊的微結構；以光學及電子顯微鏡觀察分析銲道中各種顯微組織及相互關係，並配合背向散射電子繞射法，來分析銲道中彎曲的肥粒鐵柱狀晶與自肥粒鐵晶界，或晶內成長的各種沃斯田鐵型態及其晶粒成長擇優取向。
2205雙相不銹鋼電子束銲道，其顯微組織為粗大的肥粒鐵及少量從晶界析出的費德曼沃斯田鐵；316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲道，其顯微組織主要為沃斯田鐵及少量的肥粒鐵。電子束銲道因為受匙孔效應的影響，在銲道中心部因高熱氣化，熔融金屬急速冷卻形成垂直於母材板面方向的等軸晶。在銲接的結晶過程是一種不平衡過程，尤其高能量密度的電子束銲接，其銲速快、冷卻速度也快，銲道中的金屬元素來不及擴散就固化了，因此形成銲道中偏析的現象。銲道中可以觀察到偏析現象主要有三種，即顯微偏析、層狀偏析、以及區域偏析。在電子束銲道中低角度晶界多於高角度晶界，造成低角度晶界較多的主因是凝固冷卻時間較短，晶粒成長時間不夠，造成銲道中有許多低角度晶界。沃斯田鐵型與雙相不銹鋼電子束銲道在EBSD中所得到的晶粒吻合度值，有一共同點都是以Σ= 3居多，而吻合度值為3在<111>晶向軸中是屬與特殊的晶向關係，造成的原因是受疊差能及剪應力所影響。

壹. 前言
1.1背景說明………………………………………………………………….1
1.2 研究動機…………………………………………………………………2
貳. 文獻回顧
2.1 沃斯田鐵型不銹鋼銲接特性…………………………………………4
2.2 雙相不銹鋼銲接特性…………………………………………………7
2.3 電子束銲接…………………………………………………………8
2.4 背向散射電子繞射法(EBSD)簡介………………………………….10
2.5 EBSD在不銹鋼電子束銲接銲道分析上的應用………………………..12
2.6 吻合晶格(coincidence site lattice, CSL)………………………13
參. 實驗步驟
3.1 材料試片處理………………………………………………………15
3.2 電子束銲接處理………………………………………………………5
3.3 金相實驗……………………………………………………………15
3.4 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)觀察………………………………………16
3.5 背向散射電子繞射(EBSD)系統觀察.………………………………16
3.6 穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察………………………………………17
3.7 實驗流程圖…………………………………………………………17
肆. 結果與討論
4.1 2205雙相不銹鋼電子束銲道金相組織觀察………………………18
4.2 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲道金相組織觀察…………………20
4.3 2205雙相不銹鋼電子束銲道微織構分析…………………………23
4.4 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲道微織構分析……………………25
4.5 晶粒的吻合度值(coincidence site lattice, CSL)……………25
伍. 結論………………………………………………………………………27
陸. 參考文獻…………………………………………………………………28
表2-1 合金元素對不銹鋼性質影響………………………………………30
表2-2 各凝固過程與冷卻率………………………………………………31
表3-1 2205雙相不銹鋼成分(wt%)…………………………………………32
表3-2 316沃斯田鐵型不銹鋼成分(wt%)…………………………………32
表3-3 電子束銲接參數……………………………………………………32
表4-1 立方晶體各值所表示的角度及所繞的軸………………………33
圖2-1 鉻對沃斯田鐵相及肥粒鐵相區域的影響…………………………34
圖2-2 鎳對沃斯田鐵相及肥粒鐵相區域的影響…………………………34
圖2-3 鐵-鎳-鉻合金在含鐵70%的擬二元相圖……………………………35
圖2-4 鐵-鎳-鉻合金凝固的肥粒鐵與沃斯田鐵晶界模式………………35
圖2-5 Cr/Ni當量比對銲道凝固型態之影響………………………………36
圖2-6 不銹鋼合金系統中的Scheaffler圖………………………………36
圖2-7 電子束銲接剖面示意圖……………………………………………37
圖2-8 EBSD繞射菊池圖……………………………………………………37
圖2-9 EBSD系統之套件組成………………………………………………38
圖2-10 EBSD基本系統裝置架構……………………………………………39
圖2-11 立方晶繞<100>軸旋轉22.62產生Σ=13的共位晶界…………40
圖3-1 電子束銲接示意圖…………………………………………………………41
圖3-2 實驗步驟流程圖……………………………………………………42
圖4-1 銲速為18mm/s之2205雙相不銹鋼銲道截面型態………………43
圖4-2 銲速為30mm/s之2205雙相不銹鋼銲道截面型態………………43
圖4-3 2205雙相不銹鋼電子束銲接銲冠之OM顯微組織…………………44
圖4-4 2205雙相不銹鋼電子束銲接銲道中央之OM顯微組織……………44
圖4-5 2205雙相不銹鋼電子束銲接銲根之OM顯微組織…………………45
圖4-6 2205雙相不銹鋼電子束銲接熔界之OM顯微組織…………………45
圖4-7 2205雙相不銹鋼銲道顯微組織上圖為倍率1000
下圖為倍率2000…………………46
圖4-8 (a) 雙相不銹鋼電子束銲道SEM影像圖……………………………47
(b) 點(1)EDS成分分析圖…………………………………………48
(c) 點(2)EDS成分分析圖…………………………………………48
(d) 點(1)EBSD分析的繞射菊池譜圖………………………………49
(e) 點(2)EBSD分析的繞射菊池譜圖………………………………49
圖4-9 由SEM觀察發現銲道中之析出物……………………………………50
圖4-10 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲接銲冠之OM顯微組織…………51
圖4-11 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲接銲道中央之OM顯微組織……51
圖4-12 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲接銲根之OM顯微組織…………52
圖4-13 316沃斯田鐵型不銹鋼EB銲道與熱影響區交接處SEM照片……52
圖4-14 (a) 電子束銲道中沃斯田鐵[110]晶向的擇區繞射圖…………53
圖4-14 (b) 電子束銲道中沃斯田鐵g=(111)的暗場像(CDFI)…………54
圖4-14 (c) 電子束銲道中沃斯田鐵g=(111)的明場像(BFI)……………54
圖4-15 (a) 電子束銲道中骨骼狀肥粒鐵[001]晶向的擇區繞射………55
圖4-15 (b) 電子束銲道中骨骼狀肥粒鐵g=(101)的暗場像(CDFI)……55
圖4-16 EBSD在銲道上選擇作map分析區域………………………………56
圖4-17 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲冠之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)………………………………………………………57
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...57
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...58
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...58
圖4-18 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲道中央之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)……………………………………………………...59
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...59
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...60
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...60
圖4-19 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲根之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)……………………………………………………...61
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...61
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...62
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...62
圖4-20 彩色反極圖(Color Key)…………………………………………………..63
圖4-21 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲冠的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...64
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...64
圖4-22 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲道中央的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...65
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...65
圖4-23 2205雙相不銹鋼在銲速20mm/s銲根的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...66
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...66
圖4-24 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲冠之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)……………………………………………………...67
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...67
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...68
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...68
圖4-25 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲道中央之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)……………………………………………………...69
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...69
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...70
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...70
圖4-26 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲根之EBSD map圖
(a) 二次電子相(SEI)……………………………………………………...71
(b) 板面方向(ND)………………………………………………………...71
(c) 軋延方向(RD)………………………………………………………...72
(d) 晶粒取向差異………………………………………………………...72
圖4-27 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲冠的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...73
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...73
圖4-28 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲到中央的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...74
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...74
圖4-29 316沃斯田鐵不銹鋼在銲速20mm/s銲根的反極圖
(a) 板面方向(ND)………………………………………………………...75
(b) 軋延方向(RD)………………………………………………………...75
圖3-30 2205雙向不銹鋼電子束銲冠晶粒吻合度值
(a) 數量………………………….……………………………...76
(b) 百分比…………………………………………………………76
圖3-31 2205雙向不銹鋼電子束銲道中央晶粒吻合度值
(a) 數量………………………….……………………………...77
(b) 百分比…………………………...…………………………77
圖3-32 2205雙向不銹鋼電子束銲根晶粒吻合度值
(a) 數量……………………….……………………………...78
(b) 百分比……………………………………………………...78
圖3-33 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲冠晶粒吻合度值
(a) 數量……………………………………………………………………79
(b) 百分比…………………………………………………………………79
圖3-34 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲道中間晶粒吻合度值
(a) 數量……………………………………………………………………80
(b) 百分比……………………………………...…………………………80
圖3-35 316沃斯田鐵型不銹鋼電子束銲根晶粒吻合度值
(a) 數量……………………………………………………………………81
(b) 百分比……………………………………...…………………………81

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