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研究生:蕭毅憫
研究生(外文):Y. M. Shaw
論文名稱:耐熱縮狀石墨鑄鐵之耐熱性質研究
論文名稱(外文):Study on the Heat-resistant Properties of Heat-resistant Compacted Graphite Cast Iron
指導教授:胡瑞峰
指導教授(外文):J.F.Hu
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:縮狀石墨耐熱鑄鐵抗氧化耐熱疲勞
外文關鍵詞:Heat-resistant compacted graphite cast Ironoxidation-resistantthermal fatigue-resistant
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本研究主要係探討縮狀石墨耐熱鑄鐵的高溫氧化與熱疲勞性質;在固定的試片尺寸下(氧化:ψ20mm ×30mm;熱疲勞:110mm ×20mm ×6mm),針對添加不同合金元素(C、Si、Cr、Ni、Cu、Mo等)以及不同基地組織(肥粒鐵、波來鐵),探討在不同溫度(673K、873K、1073K)時之抗氧化能力以及在1073K時之耐熱疲勞能力,並利用光學顯微鏡觀察氧化所造成的組織變化及氧化層,並利用SEM+EDS和XRD來分析氧化層成分種類。
研究結果顯示,673K時添加合金元素對鑄鐵之耐熱性效果並不顯著,但873K時無論添加何種合金,皆能提昇其對抗氧化能力;在1073K時,除了同時添加Cr、Ni及Cu合金元素之試片外,所有添加Si或Cr合金元素之試片皆能增加抗氧化能力。在不同溫度時,基地組織的耐氧化能力皆為肥粒鐵組織優於波來鐵組織。
在耐熱疲勞能力方面,添加合金元素的效果以添加Ni+Cr+Cu最為顯著,其次為添加Mo+Cu+Sn之試片,再其次為僅添加Mo合金元素試片,而以不添加合金元素試片之耐熱疲勞能力最差。
The objective of this study is to investigate the high temperature oxidation and thermal fatigue phenomena of the heat-resistant compacted graphite cast irons(CGI). The effects of matrix structures (ferrite and pearlite) and various alloying elements additions (C, Si, Cr, Ni, Cu and Mo) on the oxidation-resistant and thermal fatigue-resistant at the different temperatures (673K, 873K and 1073K) of compacted graphite cast irons have been evaluated in this study by using the specimens ofψ20mm×30mm for the oxidation test and 10mm×20mm×
6mm for the thermal fatigue test. In addition, the observation of microstructural changes caused by the high temperature oxidation was performed by using the optical microscope, SEM+EDS and XRD to identify the compositions of the oxidation layers.
According to the results of study, the additions of alloying elements had no obvious effect on oxidation-resistant capability for the specimens tested at 673K. But for any alloying element addition, the oxidation-resistant capability at 873K would be improved. The specimens added with Si or Cr would increase the oxidation-resistant capability at 1073K besides those added with Cr, Ni and Cu. As for the oxidation-resistant capability of the matrix structure, the ferrite is superior to the pearlite at any temperature.
Compare the effect on the increase in the thermal fatigue-resistant capability of CGI specimens by adding different alloying element, those added with Ni, Cr and Cu show the best effect. Next followed in order are those added with Mo, Cu and Sn, those added with Mo, and those added no alloying element show the worst effect.
目錄
封面內頁
簽名頁
授權書………………………………………………………………….iii
中文摘要……………………………………………………………….v
英文摘要……………………………………………………………….vi
誌謝…………………………………………………………………….viii
目錄…………………………………………………………………….ix
表目錄………………………………………………………………….xii
圖目錄………………………………………………………………….xiii
第一章 前言1
1.1 研究動機1
1.2 研究目的3
第二章 文獻探討4
2.1 高溫氧化4
2.2 高溫氧化成因及過程4
2.3 氧化膜的結構5
2.4 氧化膜的內應力與力學性質6
2.5 鐵的氧化7
2.5.1 鐵的氧化膜成分8
2.6 熱疲勞對鑄鐵的影響9
2.6.1 鑄鐵熱疲勞性質之試驗方法9
2.6.2 鑄鐵熱疲勞破壞之發生機制10
第三章 實驗方法12
3.1 實驗目的12
3.2 實驗設計12
3.2.1 耐氧化性質13
3.2.2 耐熱疲勞性質14
3.3 合金熔解及處理15
3.4 退火處理16
3.5 金相分析及成分測定16
第四章 結果與討論17
4.1 鑄造狀態之金相組織17
4.2 縮墨鑄鐵的抗氧化能力17
4.2.1 673K18
4.2.2 873K19
4.2.3 1073K22
4.3 溫度對縮墨鑄鐵抗氧化能力之影響24
4.3.1 溫度與Si含量對抗氧化能力之影響25
4.3.2 溫度與Cr含量對抗氧化能力之影響25
4.3.3 溫度與Cr、Ni、Cu對抗氧化能力之影響26
4.3 氧化過程中基地組織變化與基地組織對抗氧化能力
之影響………………………………………………….26
4.4.1 氧化過程中基地組織的變化26
4.4.2 試片C-427
4.4.3 試片C-527
4.4.4 退火前後之金相組織28
4.5 氧化機構28
4.6 熱疲勞31
4.6.1合金元素對熱疲勞壽命之影響31
4.6.2金相組織與裂紋生長33
第五章 結論35
參考文獻37
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