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鋁--矽合金可應用在滑動接觸的環境中,但其在磨耗過程中所發生之變形與破環卻 不易解析。因此,本研究以磨料磨耗之方式,討論變形與破環現象在鋁一矽合金中所 扮演的角色。而磨料磨耗之工程應用中,時常使用含粗大第二相的複合材料。過共晶 鋁一矽合金含有延性的共晶組織及脆性的初晶矽,藉由成分及凝固速率的控制,可系 統性的改變第二相體積分率及組織大小。因此過共晶鋁一矽合晶可提供為兩相材料磨 耗研究的模型材料。 基於上述之目的,本研究以一系列不同初晶矽體積分率的過共晶鋁一矽合金進行磨耗 實驗。實驗中改變荷重及碳化矽磨料粒度以比較不同實驗條件的磨耗行為。本研究并 利用不同凝固速率改變實驗材料之顯微組織,以探討組織粗細對磨料磨耗影響。 實驗結果顯示:高荷重粗磨料的條件下,隨初晶矽體積分率增加磨耗率有增加的傾向 ;低荷重細磨料時,隨初晶矽體積分率增加磨耗率有降低的傾向,當初晶矽量大於20 vlo.%時,磨耗率有再增加的傾向。此外,不論在高荷重粗磨料實驗或代荷重細磨料 實驗,組織較粗大的材料均具較高之磨耗率。 磨耗機構的觀察顯示:隨荷重與磨料粒徑增加,初晶矽由塑性溝槽機構轉變為脆性破 環機構,共晶組織中的變形磨耗現象與次表面應變硬化的現象也趨於明顯。此外,磨 耗屑黏著於磨料上的現象亦影響鋁一矽合金的磨耗行為。 為進一步解析磨耗率與初晶矽含量呈現不同趨勢的現象。本研究考慮兩相材料之第二 相硬質顆粒脆性破環程度的不同,建立兩相材料磨料磨耗的模型,即磨耗率為第二相 體積分率與第二相脆性破環程度的函數。以W 代表α-β 兩相材料之磨耗率,其中β 相屬硬度及脆性較高之相。W 可表示為下式:
其中H 與H 分別為兩相之硬度,Fv 與Fv 分別為兩相之體積分率。參數A為試片接觸面 積,參數C 為常數, 參數K 則為β相脆性破環的函數; K 等於1時,β相為純塑性機構 ; K等於0時,β 相為純脆性機構。模型顯示隨脆性破環程度增加,磨耗率與第二相體 積分率的關係從負的關係漸次轉變為正的關係。此模型預測結果與過共晶鋁一矽合金 磨耗實驗之結果相符合。
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