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研究生:陳欩仰
論文名稱:鈦合金多道次熱加工之製程圖模擬
論文名稱(外文):The simulation of multi-pass hot working of titanium through processing map
指導教授:周長彬周長彬引用關係
指導教授(外文):Chang-Pin Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:製程圖熱壓縮鈦合金多道次熱加工鈦64
外文關鍵詞:processing maphot compressiontitaniummulti-passhot workingTi-6Al-4V
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鈦合金為高經濟價值的材料,在許多應用上的特性完全由熱加工成形期間的製程參數而定,而大多數的熱機製程中往往需要經多道次方能成形,因此加工溫度、應變率等參數必須極為嚴格控制與管理。本研究主要利用Gleeble熱加工試驗機對Ti-6Al-4V(ELI)做單道次和二道次壓縮模擬;實驗條件包括各5個溫度與應變率,而除荷時間為10秒。最後再以製程圖的方法來分析與比較兩者的差異。
實驗結果顯示出二道次壓縮除荷後,在高應變率下,大部分的應力值要比單道次小,而二道次製程圖之峰值效率要比單道次製程圖大。兩者雖皆有三個不穩定區域,但在低溫α+β相區裡,以二道次的溫度區間較大,溫度也較高。此外,製程圖的方法也與實際的微結構相符合。在真應變為0.5下,單道次製程圖之效率最大值為50%,主要在900-960℃,應變率0.001-0.003s-1;二道次製程圖之效率最大值為60%,分佈在940-975℃,應變率0.001-0.002s-1。因此採用多道次製程圖,在實際加工上,將有助對製程條件更精確地判別,進而選擇更穩定區域之參數。

Titanium is one of the worthful and high-performance materials. Several special characteristics are obtained through appropriate processing parameters of hot working during forming. Because most processes need multi-pass hot working, the major parameters such as temperature and strain rate have to be controlled strictly. This research was to explore the single-pass and two-pass hot compression of Ti-6Al-4V (ELI) using Gleeble. The experimental conditions included five temperatures and five strain rates with ten seconds unloading time. The difference of the two processes were compared and analyzed through the simulation of processing map.
The results of this study show that most of the stresses with two-pass are higher than that with single-pass at high strain rate. And the peak efficiency of power dissipation for the two-pass is higher too. There are three unstable regions in both processing maps. The temperature range in two-pass processing map is wider, and its temperature was higher around α+β phase field. The developed processing map is well consistent with the observed microstructure. In the single-pass processing map with a true strain of 0.5, 50% peak efficiency can be obtained around 900-960℃ and 0.001-0.003s-1. While 60% peak efficiency can be obtained in the two-pass processing map around 940-975℃ and 0.001-0.002s-1. Thus, it is helpful to choose more accurate parameters of process around the stable region by using multi-pass processing map at the actual working

中文摘要 ………………………………………………………………. I
英文摘要 ………………………………………………………………. II
誌 謝 ………………………………………………………………. III
目 錄 ………………………………………………………………. IV
表 目 錄 ………………………………………………………………. VII
圖 目 錄 ………………………………………………………………. VIII
第一章 緒論……………………….…………………………………… 1
1.1 研究背景………………….…………………………………… 1
1.2 研究動機與目的………….…………………………………… 3
1.3 研究方法………………….…………………………………… 3
第二章 文獻回顧………………………………………………………. 4
2.1 鈦合金簡介.…………………………………………………… 4
2.1.1 鈦合金基本性質.……………………………………………… 4
2.1.2 鈦合金的分類….……………………………………………… 5
2.1.3 鈦合金的機械特性……………………………………………. 6
2.1.4 鈦合金的應用.………………………………………………… 7
2.1.5 Ti-6Al-4V的組織與特性…………………...………………… 8
2.2 鈦合金的熱加工性質…..………………………………...…… 10
2.2.1 溫度對鈦合金加工之研究.…………………………………… 10
2.2.2 應變率對鈦合金加工之研究.………………………………… 11
2.2.3 加工硬化與軟化之研究.……………………………………… 11
2.2.4 熱歷史對鈦合金加工之研究……………………………...….. 12
2.2.5 初始結構對鈦合金加工之研究………………………………. 13
2.3 研究主題相關檢索……………………………………………. 13
2.3.1 動態再結晶與超塑性現象之相關研究.……………………… 13
2.3.2 有關製程圖方法之研究………………………………………. 14
2.3.3 多道次熱加工模擬之相關研究…………………...………..… 16
2.3.4 非恆溫變形機制之相關研究…………………………………. 17
第三章 理論基礎………………………………………………………. 25
3.1 金屬加工成形的基礎……………………………………….… 25
3.1.1 塑性變形理論….……………………………………………… 25
3.1.2 真實應力與真實應變….……………………………………… 26
3.1.3 熱變形機制…………………………………....……………… 27
3.2 熱加工性的物理模擬.………………………………………… 29
3.2.1 加工性的定義….……………………………………………… 29
3.2.2 加工性的測試方法………….………………………………… 30
3.3 熱加工模擬試驗機(Gleeble)簡介….……………………… 31
3.3.1 Gleeble基本原理……………………………………………… 32
3.3.2 Gleeble的設備功能…………………………………………… 33
3.3.3 Gleeble的應用範圍…………………………………………… 34
3.4 製程圖(Processing Map)簡介.……………..……………… 34
3.4.1 製程圖理論……………….…………………………………… 35
3.4.2 如何製作製程圖………….…………………………………… 38
3.4.3 工業上對製程圖之應用….…………………………………… 38
3.5 有限元素法理論.…………………..…………..……………… 40
第四章 實驗方法與步驟………………………………………………. 45
4.1 實驗流程………………………...……………..……………… 45
4.2 實驗材料………………….…………………………………… 46
4.3 實驗設備………………….…………………………………… 46
4.4 實驗方法……………………………………………………… 47
4.4.1 多道次壓縮設計………….…………………………………… 47
4.4.2 變形曲線之繪製….…………………..……………………… 48
4.4.3 製程圖之繪製…….…………………………………………… 48
4.4.4 金相組織觀察…….…………………………………………… 49
第五章 結果與討論……………………………………………………. 54
5.1 σ-ε變形曲線…………………………………………. 54
5.1.1 單道次變形曲線…….………………………………………… 55
5.1.2 二道次變形曲線………………….…………………………… 56
5.1.3 單道次與二道次變形曲線之比較…………………………… 57
5.2 製程圖…….…………………………………………………… 59
5.2.1 單道次製程圖….…….…………………...…………………… 60
5.2.2 二道次製程圖……….………………………………………… 61
5.2.3 單道次與二道次製程圖之比較……….……………………… 61
5.3 金相組織觀察….……………………………………………… 62
5.4 製程圖與微結構的關係…………...…...…………………… 62
5.4.1 單道次製程圖與微結構的關係……..…...…………………… 62
5.4.2 二道次製程圖與微結構的關係...…...…...…………………… 63
5.5 製程參數條件設計...…...…...……………………..………… 64
第六章 結論………….………………...………………………………. 98
參考文獻 …………………………………………………………………. 99
附錄 …………………………………………………………………. 102

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