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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖文友
研究生(外文):Liao,Wen-Yu
論文名稱:Ti-6Al-6V-2Sn合金在超塑性變形中其機械行為和顯微組織的觀察
論文名稱(外文):The observation of mechanical behavior and microstructure during superplastical deformation of Ti-6Al-6V-2Sn
指導教授:王文雄王文雄引用關係
指導教授(外文):Wang,Wen-Hsiung
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:材料科學與工程學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:階段式超塑性拉伸動態再結晶次晶粒
外文關鍵詞:differential superplastic deformationdynamical recrystallizationsubgrain
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摘要
本實驗以Ti-6Al-6V-2Sn合金為材料,首先探討經由熱機處理製程所得到之鈦合金材料的超塑性成形特性,以及在成形過程中顯微組織變化的情形。實驗結果顯示:此合金原有狀態的顯微組織混雜有長條晶粒,但在高溫成形前的持溫或低溫高應變速率的作用下,這些長條晶粒將因熱能或應變能的誘發而成為等軸細晶的顯微組織,因而得以展現超塑性之高變形能力。
為了評估此兩種晶粒等軸化效率對變形特性之影響,於是設計了階段式拉伸試驗。所謂階段式拉伸試驗分為兩個階段:第一階段試片先在775℃真空中以1x10-3sec-1的應變速率拉伸至真應變量=0.9,其目的在使原有狀態的顯微組織(長條晶粒與等軸晶粒混合組織)經由動態再結晶而變為等軸細晶的再結晶晶粒,第二階段則改變溫度或應變速率或溫度與應變速率同時改變,進行拉伸至破斷。此實驗的主要目地在於獲得最佳伸長率或最經濟製程的階段式超塑性成形條件。最後以光學顯微鏡(OM),掃描式電子顯微電(SEM)及穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察其顯微組織變化情形,用以說明其成形機制。
ABSTRACT
In this study, the relations between superplastic deformation behaviors and microstructural changes occurring during superplastic deformation of a mill annealed Ti-6Al-6V-2Sn plate were investigated. The results shows that the initial microstructure of test material with mixed elongated and equiaxed α grains has been changed during high temperature annealing or during superplastic deformation. Under the effect of thermal and/or mechanical strain energy, elongatedαgrains were activated to undergo recovery and to separate into several equiaxed grains by the precipitations of β phase along α subgrain boundaries. With modification of grain shape, high superplastic deformation behavior of test material can be achieved.
From the above discussion, both static and dynamic recrystallization contributed to the change from an elongated grain into an eqiaxed fine grain. To evaluate the efficiency of grain refinement resulting from different recrystallization mechanisms acting on the deformation behavior, differential strain rate and differential temperature testes were conducted. The Differential Superplastic Deformation( DSD) test will be initiated following the occurrence of a flow stress maximum(at775℃,1x10-3/s , true strain=0.9), i.e. following the occurrence of dynamic recrystallization. Thereafter, the strain or/and the test temperature will be changed. Various DSD testing curves will be compared in order to find the best forming or the most economical DSD procedure. The microstructure of these specimen will be examined by optical microscopy and scaning /transmission electron microscopy.
目 錄
誌謝
摘要
英文摘要
目錄
圖目錄
表目錄
第一章前言………………………………………………………………1
第二章文獻回顧…………………..…………………………………….4
2.1鈦及其合金…………………………………………………………4
2.1.1分類……………………………………………………………4
2.1.2 Ti-6Al-6V-2Sn平衡相圖(Equilibrium Phase Diagram)…….7
2.2超塑性簡介…………………………………………………………8
2.3超塑性之沿由………………………………………………………9
2.4超塑性之分類……………………………………………………………11
2.4.1 微細晶粒型超塑性(Micrograin Superplasticity)材料..11
2.4.2內應力型超塑性(Internal Strain-Induced Superplasticity)材料………………………………………12
2.5超塑性之基本理論………………………………………………..13
2.5.1均勻塑性變形之參數-m值………………………………….13
2.5.2超塑性變形成形特性……………………………………….14
2.5.3 超塑性成形機制……………………………………………….16
第三章實驗方法與設備……………………………………………….28
3.1 實驗材料…………………………………………………………..28
3.2 試片準備…………………………………………………………..28
3.3 超塑性拉伸成形試驗……………………………………………..31
3.4 顯微組織觀察……………………………………………………..34
第四章結果與討論…………………………………………………….35
4.1 流應力行為特性…………………………………………………..35
4.2 超塑性變形特性…………………………………………………..40
4.3 變形破斷特性……………………………………………………..49
4.4 溫度效應引發之晶粒球化………………………………………..56
4.5 應變效應引發之晶粒球化………………………………………..57
4.6 TEM顯微組織之觀察……………………………………………..64
4.7 差異式超塑性試驗………………………………………………..67
4.7.1 階段溫度拉伸試驗………………………………………….67
4.7.2階段速率拉伸試驗…………………………………………….68
4.7.3階段溫度速率拉伸試驗……………………………………….68
第五章結論…………………………………………………………….76
參考文獻……………………………………………………………….78
圖 目 錄
圖2.1 Ti-6Al-6V-2Sn之模擬二元合金平衡圖(13)……………………23
圖2.2 m值與截面積減小速率的關係(20)…………………………….23
圖2.3 細晶超塑性材料流變應力與m值及應變速率的關係(21)……24
圖2.4 圖解說明晶界滑移與差排滑動與爬升之伴隨機制(30)………24
圖2.5 Nabarro-herring機構模型(31)…………………………………..25
圖2.6 Ashby-Verrall機構模型(33)……………………………………...25
圖2.7 Spingarn-Nix機構模型(35)………………………………………26
圖2.8 Core and Mantle機構模型(38)……………………...……………26
圖2.9 擴散流動、擴散流動伴隨晶界滑移及滑動伴隨晶界滑移等成形機制與實際實驗所得數據之比較…………………………….27
圖3.1 Ti-6Al-6v-2Sn合金片材之原始顯微組織……………………..29
圖3.2 Ti-6Al-6V-2Sn片材之原始組織(a)SEM金相照片,(b)等軸α晶粒之TEM明視野像…………………………………………...30
圖3.3 超塑性試驗用拉伸試片尺寸圖…………………………….…30
圖3.4 超塑性拉伸設備簡圖…………………………………………32
圖4.1在775℃、800℃及圖中所示的應變速率(單位為秒-1)下進行超
塑性拉伸試驗之真應力相對於真應變……………………….37
圖4.2在825℃、850℃及圖中所示的應變速率(單位為秒-1)下進行超塑性拉伸試驗之真應力相對於真應變之拉伸曲線圖……38
圖4.3 在875℃、900℃及圖中所示的應變速率(單位為秒-1)下進行超塑性拉伸試驗之真應力相對於真應變之拉伸曲線圖……39
圖4.4 在775℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖……………………………42
圖4.5 在800℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖……………………………43
圖4.6 在825℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖………………………………44
圖4.7 在850℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖……………………………45
圖4.8 在875℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖…………………………… 46
圖4.9 在900℃進行超塑性拉伸試驗之流應力、伸長率與m值相對於拉伸應變速率之特性曲線圖…………………………… 47
圖4.10 在不同變形溫度下進行超塑性拉伸試驗所得到之最大m
值、最大伸長率及相對應於最大m值之流應力變化曲線…48
圖4.11試片在775℃,各種不同應變速率下之破斷外觀,箭頭所指為局部頸(local necking)發生所在…………………….………50
圖4.12試片在800℃,各種不同應變速率下之破斷外觀…………...51
圖4.13試片在825℃,各種不同應變速率下之破斷外觀……..……..52
圖4.14試片在850℃,各種不同應變速率下之破斷外觀…….……...53
圖4.15試片在875℃,各種不同應變速率下之破斷外觀……………54
圖4.16試片在900℃,各種不同應變速率下之破斷外觀……………55
圖4.17在試驗溫度持溫10分鐘後之顯微組織:試驗溫度為(a)原材
(b)775℃(c)800℃(d)825℃(e)850℃(f)875℃(g)900℃…..…60
圖4.18 試片在850℃持溫10分鐘後,β相沿著α/α次晶粒晶界析出之放大圖…………………………………………………61
圖4.19 在775℃,1x10-3/s之試驗條件下變形,不同之應變量對層狀α相顯微組織之影響。(a)775℃,持溫10分鐘頭(b)真應變量=0.4(c)真應量 =0.9(d)真應變量=1.2…………..62
圖4.20 800℃,2x10-4/s (a)grip (b)肩部(c)斷裂處…………………….63
圖4.21 (a)Ti-6Al-6V-2Sn原材在還沒拉伸前其TEM明視野圖
(b)如圖中所標α晶粒(a,b,c)之選區繞射圖(SADP)
(c)選區繞射之分析圖(SADP)……………………………………65
圖4.22 (a)Ti-6Al-6V-2Sn在800℃,1x10-3/s斷裂下靠近斷裂處之TEM明視野圖。(b)如圖中所標α晶粒(a,b,c)之選區繞射圖(SADP)(c)選區繞射之分析圖(SADP) 及晶帶軸方向….66
圖4.23 階段溫度對超塑性的影響,(a) 在真應變=0.9,溫度由
775℃改變為800℃(b)在真應變=0.9,溫度由775℃改變為825℃………………………………………………………...70
圖4.24 階段溫度對超塑性的影響,(a)在真應變=0.9,溫度由
775℃改變為850℃(b)在真應變=0.9,溫度由775℃改
變為875℃……………………………………………………………71
圖4.25階段速率對超塑性之影響(a)在真應變=0.9,應變速率由1x10-3/s改變為7x10-4/s。(b)在真應變=0.9,應變速率由1x10-3/s改變為4x10-4/s………………………………………72
圖4.26階段溫度速率對超塑性變形特性之影響,(a)775℃,1x10-3/s
(b)825℃,2x10-4/s (c) 775℃,1x10-3/s拉伸到真應變為0.9改變其溫度和應變速率為825℃,2x10-4/s…………………73
圖4.27階段溫度速率對超塑性變形特性之影響,(a)775℃,1x10-3/s
(b)850℃,4x10-4/s (c) 775℃,1x10-3/s拉伸到真應變為0.9改變其溫度和應變速率為850℃,4x10-4/s…………………73
圖4.28 775℃,1x10-3/s拉伸至真應變為0.9時改變其應變速率為
4x10-4/s 的顯微組織圖,圖中a,b,c,d各為試片所標示之位置….74
圖4.29 775℃,1x10-3/s拉伸至真應變為0.9時改變其溫度和應變速率為8255℃,2x10-4/s 的顯微組織圖,圖中a,b,c,d各為其圖所標示之位置…………………………………………….75
表 目 錄
表2.1鈦合金所含合金元素之分類 5
表2.2商用鈦合金之分類 6
表2.3晶界滑移模式總表 17
表3.1本實驗所用材料之化學成份[以重量百分比(wt%)表示] 28
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