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研究生:劉秋霖
研究生(外文):Chiou-Lin Liou
論文名稱:鋁基複合材料擠製件的時效硬化特徵探討
論文名稱(外文):Study of Aging Characteristics of Extrusion Component Materials of Aluminum Matrix Composite
指導教授:向四海蔡顯榮蔡顯榮引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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
中文關鍵詞:時效鋁基複合材料
外文關鍵詞:AgingMaterials of Aluminum Matrix Composite
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摘 要
本文所採用的試樣材料為鋁基複合材料,添加強化相SiC顆粒。而主要研究目的,是藉由過強化相的幾何參數及製程的燒結參數改變,對於時效曲線的影響,來找尋不同製程條件下試片之間,共有的時效特徵。但因為某些試樣的燒結參數,取值偏低的情況下,導致擠製加工後,試樣出現不正常的材料塑性變行現象--『異常心部』,以致必需要重新定義硬度量測點的區域。加上製程道次太多,試片顯微組織及基地成份過於複雜,最後尚需透過硬度量測值的極限落差,這個因子來分析時效曲線的波動原因。
試片經過時效處理及洛式硬度量測後,所得的龐大資料透夠過Micro Excel 軟體的數據整理、繪圖分析,經過冷均壓力、燒結溫度、燒結時間三個參數的推導,可以定義出『燒結指標』,最後藉由『燒結指標』的分析探討,找到了鋁基複合材料擠製件之時效曲線的五個特徵;另外也證實了帶有『異常心部』的試片,其『異常心部』並沒有任何時效作用可言,而『環帶』區域依然保有良好的時效作用。
Abstract
In this research aluminum matrix composites with SiC as the enhanced particle were studied. The main purpose is to study the influence of the geometrical parameters of the enhanced particles and the parameters of the sintering process on the aging curves of different specimen. The common characteristics of these aging curves were therefore reduced. The specimens were made under different sintering parameters, and some of the parameters (e.g. pressure for green compact, etc.) are relatively too low. As a result,〝abnormal core〞was presented in the specimens after the extrusion process. This metallographic phenomenon is the abnormal plastic deformation of materials. Therefore we must rearrange the region for the hardness testing. Moreover the manufacturing procedure was complex and included many steps. The microstructure of the specimens was so complicated that it was hard to define. So the registration of the limit difference of hardness testing was necessary to analyze the fluctuation of the aging curves.
Experiment data were sorted and analyzed by the software Microsoft Excel. Finally by studying and analyzing the〝sintering indices〞, which was deducted from sintering parameters, we obtained five characteristics of the aging curves of the aluminum matrix composites. Besides we found that the〝abnormal core〞was not influenced by aging treatment, but the〝annular zone〞was normally aged by the heat treatment.
目 錄
第一章緒論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
第二章文獻回顧‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.1析出硬化的起源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
2.2鋁基複合材料的析出硬化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
2.2.1析出硬化的基本原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
2.2.2析出硬化的相變化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥.5
2.2.3鋁合金平衡圖與時效硬化‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.2.4『過時效』與GP zone ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
2.2.5 A6061的主要析出相‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥.‥‥13
2.3自然時效‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
2.4人工時效‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
2.5製程對於A6061鋁合金的人工時效析出的影響‥‥‥‥17
2.6無析出區‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
2.7時效動力學‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
第三章實驗方法.‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥26
3.1研究方向‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥26
3.2實驗擠製成品試樣的選用材料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
3.3實驗方法流程圖‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28
3.4實驗擠製成品試樣的製備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
3.5拉伸試棒製作與拉伸破壞實驗‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33
3.6時效試片製作與高溫及低溫時效處理‥‥‥‥‥‥‥‥36
3.7整個實驗的最後整理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41
第四章結果與討論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
4.1研究前的基礎定義‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
4.1.1試樣的基本參數資料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
4.1.2燒結指標的定義‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥43
4.1.3時效試片的分區‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥44
4.2『異常心部』所發生強化相與雜質聚集現象 ‥‥‥‥‥‥‥45
4.2.1金相組織觀察‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥45
4.2.2『異常心部』的發生原因探討 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
4.2.3『異常心部』中SiC與雜質發生環狀聚集的原因探討‥‥55
4.3人工時效硬化的實驗結果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥57
4.3.1人工時效試片的基本參數資料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥57
4.3.2人工時效後的實驗結果‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥58
4.3.3時效實驗結果的數值分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥61
4.4基礎曲線的量測數值分析及曲線走向趨勢分析‥‥‥‥‥‥64
4.4.1時效實驗的量測數值分析及高低溫曲線比較分析‥‥‥‥64
4.4.2低溫時效曲線發生波動的原因探討‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥67
4.4.3試片編碼A人工時效曲線的曲線走向趨勢探討‥‥‥‥‥73
4.5『異常心部』區域及『環帶』區域的人工時效可行性‥‥‥75
4.5.1『異常心部』沒有任何時效作用可言‥‥‥‥‥‥‥‥‥75
4.5.2『環帶』區域依然有人工時效作用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥77
4.5.3正常心部的時效曲線‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥79
4.6 SiC顆粒的平均直徑與體積百分比對於時效曲線的影響 ‥81
4.6.1碳化矽顆粒的平均直徑對時效曲線的影響‥‥‥‥‥‥81
4.7鋁基複合材料擠製件的人工時效五特徵‥‥‥‥‥‥‥‥88
4.7.1鋁基複合材料擠製件的人工時效第一特徵 ‥‥‥‥‥88
4.7.2鋁基複合材料擠製件的人工時效第二特徵 ‥‥‥‥‥90
4.7.3鋁基複合材料擠製件的人工時效第三特徵 ‥‥‥‥‥92
4.7.4鋁基複合材料擠製件的人工時效第四特徵 ‥‥‥‥‥95
4.7.5鋁基複合材料擠製件的人工時效第五特徵 ‥‥‥‥‥97
4.8時效溫度對於時效曲線的影響 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥98
4.9強化相SiC顆粒在時效過程中的作用 ‥‥‥‥‥‥‥‥100
4.10自然時效三百天後拉伸試棒的破斷口分析‥‥‥‥‥‥102
第五章結論與未來發展方向‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥105
5.1鋁基複合材料擠製件的時效硬化特徵 ‥‥‥‥‥‥‥‥105
5.2其它重要結論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥106
5.3未來發展方向 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥107
參考資料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥108
附錄A‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥A1
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