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研究生:鍾時彥
研究生(外文):Shih-Yen Chung
論文名稱:高熵合金切削性研究
指導教授:廖運炫
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:切削液高熵合金表面粗糙度切削性
外文關鍵詞:cutting fluidsurface roughnessmachinabilityHigh-Entropy Alloys
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高熵合金是國內研發團隊所開發出的新型材料,本文針對五種不同成分高熵合金進行車削實驗,分析各合金的被切削性與合金成分差異對材料性質的影響。
實驗結果發現Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Al1 合金材質硬脆,在低切速時添加切削液可降低刀腹磨耗,但在較高切速條件下容易產生刀具刃口斷裂破壞。車削合金Fe1.5Ni0.5Cr1Al0.3Mn1 時切削力高且波動大,易造成刀具刃口破裂,車削時的材料移除為脆性破壞機制,會形成加工後表面裂紋生成的不良結果。其餘三種材料比較切削結果, 合金Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Al0.5、Fe1Co1Ni1Cr1Cu1Al0.5與Fe1.5Co1Ni0.5Cr1Al0.3Mn1三種材料延性佳,車削加工容易,但合金2切削力較高,刀腹磨耗最大,合金4在90m/min切速時刀腹磨耗極大,會使加工後表面粗度變差。
分析成分差異發現合金Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Alx,x=0.5,1之鋁含量增加可強化硬度,但由於鋁含量比例為1莫耳時材料韌性不佳,應降低比例為0.8~0.9莫耳以提升耐衝擊能力與切削性。當Fe1Co1Ni1Cr1Cuy-Al,y=0.2,1合金的銅元素含量增加,合金硬度僅有些微升高,但可降低切削阻力與刀具磨耗,有助於提升材料切削性。合金Fe1.5CozNi0.5Cr1Al0.3Mn1,z=0,1中的鈷元素有助於改善材料韌性,但鈷元素比例為1莫耳時材料太軟,未添加鈷的合金硬度高但韌性極差,可調整含量莫耳數為0.1~0.3,配合材料時效熱處理,獲得兼具硬度與韌性的適宜材料配方比例。
This study presents an experimental investigation of the machinability of five kinds of High-Entropy Alloys and the effects of Al, Cu, Co elements inclusion on material properties in turning of High-Entropy Alloys.
When the Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Al1 alloy is put under turning with cutting fluid at lower speed (<32m/min), the tool flank wear is reduced. If the cutting speed increased, breakage and chipping would appear on tool nose. Cutting force is large when turning Fe1.5Ni0.5Cr1Al0.3Mn1 alloy. It is found the material of workpiece is removed mainly by brittle fracture, and hence the surface roughness is poor. The hardness of other three kinds of alloys are much smaller. A great tool flank wear was found when turning Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Al0.5 and Fe1.5Co1Ni0.5Cr1Al0.3Mn1 at higher cutting speed (90m/min), and as a result leads to unsatisfactory surface roughness.
In alloy Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Alx, x=0.5,1, y=0.2,1 the x could be set around 0.8~0.9 in order to increase the machinability and the y could be set to 1 or higher to reduce the cutting force and tool wear in turning this material. In alloy Fe1.5CozNi0.5Cr1Al0.3Mn1,z=0,1, the z could be set around 0.1~0.3 to improve its ductility.
誌謝…………………………………………………………………一
中文摘要…………………………………………………………….二
英文摘要……………………………………………………………三
目錄…………………………………………………………………四
圖目錄……………………………………………………………….六
表目錄……………………………………………………………….八
第一章 緒論…………………..………...…….…………1
1.1 前言…………………………………………………….….1
1.2 文獻回顧……………………………………………….….2
1.2.1 高熵合金的應用………………………………....…2
1.2.2 高熵合金的特性研究………………………….…...2
1.3 研究目的…………………………………………….….4
1.4 本文內容…………………………………………….….5
第二章 相關理論…………………………………………6
2.1 切削力學………………………………………….….6
2.2 刀具材料性質…………………………………..…..12
2.3 切削液……………………………………….……...12
2.4 磨耗理論…………………………………….……...13
2.5 表面粗糙度的表示方法……………………….…...18
2.5.1表面組織之定義……………………………...…..18
2.5.2 表面粗糙度的表示法…………………..…..…..18
第三章 實驗設備與方法……………………………..19
3.1 實驗設備……………………………………….…...19
3.2 實驗方法……………………………………….…...23
3.2.1 硬度試驗…………………………………….....23
3.2.2 切削實驗………………………………...……..24
第四章 實驗結果與討論…………………………..28
4.1 硬度試驗………………………………….……...28
4.2 切削液對加工Fe1Co1Ni1Cr1Cu0.2Al1合金的影響….…29
4.2.1 切削液對切削力的影響…………………….…….29
4.2.2 切削液對刀具磨耗的影響………………….…….30
4.2.3 切削液對加工後表面粗糙度的影響……….…….31
4.2.4 綜合討論…………………………………………….33
4.3 綜合切削現象分析……………………………………34
4.3.1 平均切削力……………………………….……….34
4.3.2 刀具磨耗與破壞機制……………………………….38
4.3.3 平均表面粗糙度………………………….……….46
4.3.4 綜合討論………………………………….……….51
4.4 合金元素對機械性質與切削性能的影響……………51
4.4.1 鋁元素對高熵合金的影響……………….……….51
4.4.2 銅元素對高熵合金的影響……………….……….51
4.4.3 鈷元素對高熵合金的影響…………………..……52
第五章 結論與建議……………………………………..53
參考文獻……………………………………………………...55
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