臺灣博碩士論文加值系統

本研究是針對鈷、鎳合金添加後，對ADI機械性質、恆溫變態的影響，以及和未添加合金的原始態作一比較，本文所研究的球墨鑄鐵包含三種成分（不含其他合金）、（4﹪鈷）、（4﹪鎳），並藉由球墨數的不同比較對機械性質的影響，材料先在900℃進行沃斯田鐵化處理，時間為1.5小時，之後在300℃∼360℃範圍進行沃斯回火處理，時間為1∼3小時。所要探討的機械性質包括抗拉強度、伸長率、硬度、衝擊值、破裂韌性及殘留沃斯田鐵量和碳含量。
實驗結果顯示，在低溫進行沃斯回火時，A、B、C合金的微結構在恆溫變態1∼3小時內變化不大，當恆溫變態溫度升至360℃時各種成分的ADI其微結構都會隨恆溫變態時間的增加而改變。
在機械性質方面，經過熱處理的球墨鑄鐵，不管有無添加合金其拉伸強度皆有提升，在各種機械性質的測試之下，均有一最佳化的條件存在，而經由成分分析發現，鈷與鎳合金的強化機構皆為散佈強化，在本次實驗中皆無偏析的現象發生，而石墨數和基地組織確實會對機械性質造成某些程度上的影響。

The study focus on the influence of alloying elements with cobalt and nickel added on mechanical properties, constant temperature transformation of ADI. Comparing them with the original situation that added nothing with alloying element. The article in this study among three ingredients（without alloying element）,（4﹪cobalt）,（4﹪nickel）. By doing the difference of graphite numbers to compare the influence of mechanical properties. The material first austenization at 900℃ and holds time for 1.5hrs,then austempering processing at300℃∼360℃ and holds time for 1∼3hrs. The mechanical properties of discussion including tensile strength, elongation, hardness, impact values, fracture toughness and amount of retained austenite.
The experimental results showed when austempering in lower temperature, the microstructure of A,B,C alloying elements almost unchanged during 1∼3hrs.
In the portion of mechanical characteristics, the ductile iron through heat treatment will promote whether add alloying element or not. For the testing of all kinds of mechanical properties, all have the optimum existence. By the observation of ingredient analysis, cobalt and nickel are almost no segregation phenomenon. The graphite numbers and base organization really affect the mechanical properties in some level.

目錄

摘要
目錄
第一章 前言…..………..……………………………...……..…………1
第二章 文獻回顧………......……………………………...……………3
2.1沃斯回火球墨鑄鐵的發展及性質…………………………….3
2.2沃斯回火熱處理的製程……………………………………….4
2.3沃斯田鐵化溫度、時間對ADI的影響………………………6
2.4沃斯回火溫度對基地組織的影響…………………………….7
2.5沃斯回火時間對組成的影響………………………………….8
2.6合金元素對鑄鐵機械性質的影響…………………………….9
2.7製程窗對ADI的影響…………………………………………14
2.8 ADI的顯微組織………………………………………………16
2.9石墨數與質量效應對鑄鐵機械性質的影響…………………18
2.10破壞力學……………………………………………………..19
2.10.1線彈性破壞力學………………………………………...19
2.10.2裂縫尖端應力…………………………………………...20
2.10.3平面應變破裂韌性……………………………………...20
2.10.4裂縫傳播………………………………………………...21
第三章 實驗方法及步驟
3.1材料製備………………………………………………………24
3.2試片製作………………………………………………………24
3.3沃斯回火熱處理………………………………………………24
3.4顯微組織觀察…………………………………………………25
3.5 XRD結構分析………………………………………………..26
3.5.1殘留沃斯田鐵含量分析………………………………….26
3.5.2殘留沃斯田鐵含碳量分析……………………………….26
3.6 EPMA成分分析………………………………………………27
3.7機械性質測試…………………………………………………27
3.7.1拉伸試驗………………………………………………….27
3.7.2硬度試驗………………………………………………….28
3.7.3衝擊試驗………………………………………………….28
3.7.4破裂韌性試驗…………………………………………….28
3.8破斷面觀察……………………………………………………33
第四章 結果與討論
4.1鑄態微結構和機械性質………………………………………34
4.1.1鑄態時的微結構比較…………………………………….34
4.1.2鑄態時的機械性質比較………………………………….35
4.2熱處理變態的微結構…………………………………………35
4.2.1恆溫溫度對組織之影響………………………………….36
4.2.2持溫時間對組織之影響………………………………….36
4.3含鈷鎳元素之ADI機械性質分析…………………………..37
4.3.1殘留沃斯田鐵測定的結果………………………………37
4.3.2殘留沃斯田鐵碳含量測定結果…………………………37
4.3.3恆溫變態溫度對ADI機械性質的影響…………………38
4.3.4恆溫變態時間對ADI機械性質的影響…………………39
4.3.5石墨數對機械性質的影響……………………………….41
4.4破裂韌性分析…………………………………………………42
4.5破斷面分析……………………………………………………42
4.6 EPMA………………………………………………………….43
第五章 結論……………………………………………………………44
第六章 參考文獻………………………………………………………45










表目錄
表3-1本實驗材料之化學組成………………………………………...52
表4-1本實驗鑄態球墨鑄鐵之球墨型態及基地組織………………...53
表4-2本實驗三種球墨鑄鐵鑄態之各種機械特性….......……………53
表4-3 A材料經沃斯回火處理後之機械性質………………………...54
表4-4 B材料(4﹪Co)經沃斯回火處理後之機械性質………………..55
表4-5 C材料(4﹪Ni)經沃斯回火處理後之機械性質………………...56
表4-6各成分ADI的殘留沃斯田鐵量………………………………..57
表4-7各成分ADI的殘留沃斯田鐵碳含量…………………………..58
表4-8 A、B、C三材料經不同沃斯回火熱處理後之破裂韌性值…..59
圖目錄
圖2-1沃斯回火球墨鑄鐵之製程……………………………………...60
圖3-1本研究之實驗流程圖…………………………………………...61
圖3-2鑄件外觀及尺寸………………………………………………...62
圖3-3衝擊試片………………………………………………………...63
圖3-4拉伸試片………………………………………………………...63
圖3-5 CT試片尺寸圖………………………………………………….64
圖3-6各種常用破裂韌性試片（a）幾何外觀比較（b）CT與SE（B）尺寸比較……………………………………………………………...65
圖3-7 CT試片標準尺寸……………………………………………….66
圖3-8標準夾具尺寸…………………………………………………...66
圖3-9 CT試片的預裂過程圖…………………………………………67
圖3-10 CT試片拉斷過程示意圖……………………………………..68
圖3-11三種典型負荷對張口位移關係圖…………………………….69
圖4-1本實驗材料之石墨型態………………………………………...70
圖4-2本實驗材料之顯微組織………………………………………...71
圖4-3鑄態機械性質比較……………………………………………...72
圖4-4三種材料300℃不同時間之沃斯回火恆溫處理之顯微組織…73
圖4-5三種材料360℃不同時間之沃斯回火恆溫處理之顯微組織…74
圖4-6沃斯回火溫度與時間對三種ADI材料抗拉強度之影響……..75
圖4-7沃斯回火溫度與時間對三種ADI材料延伸率之影響………..76
圖4-8沃斯回火溫度與時間對三種ADI材料硬度之影響…………..77
圖4-9沃斯回火溫度與時間對三種ADI材料衝擊值之影響………..78
圖4-10沃斯回火恆溫變態時間對B材料（a）衝擊值（b）殘留沃斯田鐵影響………………………………………………………………..79
圖4-11沃斯回火恆溫變態時間對C材料（a）衝擊值（b）拉伸強度比較……………………………………………………………………..80
圖4-12 B材料恆溫變態時間（a）拉伸強度（b）伸長率（c）衝擊值比較……………………………………………………………………..81
圖4-13沃斯回火處理對三種材料破裂韌性（KIC）值之影響……...83
圖4-14（a）A合金（b）B合金（c）C合金（鑄態SEM）………84
圖4-15各合金300℃1hr、2hr、3hr（SEM）圖…………………….85
圖4-16各合金360℃1hr、2hr、3hr（SEM）圖…………………….86
圖4-17鈷合金（a）鑄態（b）熱處理後線掃描圖…………………87
圖4-18鈷合金的元素分佈圖（mapping）…………………………..88
圖4-19鎳合金（a）鑄態（b）熱處理後線掃描圖…………………89
圖4-20鎳合金的元素分佈圖（mapping）…………………………..90

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