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研究生:劉煥偉
研究生(外文):Huang-Wei Liu
論文名稱:GTD450麻田散鐵不�袗�之時效組織研究
指導教授:楊哲人楊哲人引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:材料科學與工程學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:析出硬化不�袗�時效逆向沃斯田鐵方位關係
外文關鍵詞:precipitation hardening stainless steelagingreversed austeniteorientation relationship
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GTD 450屬於含銅之麻田散鐵析出硬化型不�袗�,其具有高強度與高延展性、耐蝕性也相當的高等之特殊性質,所以常被應用於化學、食品工業上和蒸氣渦輪機的壓縮零件等;本研究主要是針對榮鋼公司所提供之GTD 450不�袗�進行固溶與時效處理,利用穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察其顯微組織。
由實驗結果顯示固溶處理試片所對應之顯微組織大部分為板條狀麻田散鐵內含少量微雙晶組織和殘留沃斯田鐵,510℃時效處理之硬度值比590℃時效處理高,且於過時效的情形下,590℃之時效硬度曲線下降趨勢較為快速;590℃時效處理有reversed沃斯田鐵產生,且隨著時間增加沃斯田鐵會增加,且其reversed沃斯田鐵與麻田散鐵間呈現Nishiyama-Wasserman方位關係。而在510℃時效處理並未觀察到reversed沃斯田鐵之生成,而其殘留沃斯田鐵與麻田散鐵間呈現Nishiyama-Wasserman方位關係。
The GTD 450 stainless steel is a kind of precipitation hardening martensitic stainless steel containing copper. This steel has been found to have numerous applications in the chemical and food industries, and for various compressor components in both gas and steam turbines due to its high strength, ductility and corrosion resistance. In this research, aging behavior has been investigated via optical metallopgraphy, transmission electron microscopy and micro-hardness measurement.
The microstructure of solution treatment specimens is composed by lath martensite (with micro-twin) and retained austenite. The hardness of specimens which were aged at 510℃ is higher than the one aged at 590℃. In the over-aging case, the hardness curve of aged at 590℃ decreases faster than 510℃.
In the case of 590℃ aging treatment, the reversed austenite has been formed, and the amount of reversed austenite increase with increasing time of aging treatment. The orientation relationship between the reversed austenite and the martensitic matrix has been determined to be [100]bcc//[110]fcc 、(011)bcc //(111)fcc ,which matches the Nishiyama-Wasserman relationship. In the case of aging at 510℃, the reversed austenite is not formed, but the orientation relationship between the retain austenite and the martensite is also N-W relationship.
目錄
1. 前言 1
2. 文獻回顧 3
2.1. 析出硬化型不�袗�簡介 3
2.2. 麻田散鐵相變化 4
2.2.1. 麻田散鐵的特徵 5
2.2.2. 麻田散鐵的結晶學 5
2.2.3. 麻田散鐵的形貌 6
2.3. 麻田散鐵析出硬化型不�袗� 8
2.3.1. 17-4 PH 不�袗� 8
2.3.2. 15-5 PH 不�袗� 9
2.3.3. CUSTOM 450不�袗� 10
2.3.4. PH 13-8Mo不�袗� 11
2.4. 析出硬化機構 11
2.5. Fe-Cu合金 12
2.5.1. Fe-Cu相圖 13
2.5.2. 鋼中合金元素Cu的影響 13
2.6. 鐵銅合金的析出硬化熱處理 15
2.7. Fe-Cu合金在時效時的結構成形 16
2.7.1. Fe-Cu合金時效時之結構 16
2.7.2. 銅析出物與鐵基地的方位關係 17
2.8. 逆向的沃斯田鐵(Reversed Austenite) 19
3. 實驗流程 34
3.1. 材料之前處理 34
3.2. 時效熱處理 35
3.3. 金相觀察與硬度值量測 36
3.4. 穿透式電子顯微鏡(TEM)之試片製作及 觀察 37
4. 結果與討論 41
4.1. 固溶處理 41
4.1.1. OM、硬度與熱膨脹曲線 41
4.1.2. TEM觀察 42
4.2. 時效熱處理 47
4.2.1. OM、硬度與熱膨脹儀曲線 47
4.2.2. TEM觀察 48
5. 結論 90
6. 未來工作 92
參考文獻 93


表目錄

表格 2 1不同成分組成麻田散鐵的方位關係與Habit Plane 22
表格 2 2添加不同的合金元素所會造成的麻田散鐵形貌 22
表格 2 3麻田散鐵系析出硬化型不�袗�2 23
表格 2 4 CUSTOM450 不同時效溫度之各項機械性質2 24
表格 3 1 GTD450之化學組成 38
表格 4 1板條狀麻田散鐵微雙晶之24組軸角對37 55


圖目錄
圖 2 1 擴散與剪切兩種機構相變態後,原子相互位置示意圖 25
圖 2 2 麻田散鐵與薄膜殘留沃斯田鐵的雙相圖 26
圖 2 3 沃斯田鐵晶粒內之板條狀麻田散鐵金相及示意圖 26
圖 2 4 17-4 PH 1040℃/1hr固溶處理+480~620℃/4hr之各項機械性質;(a)時效溫度與UTS和降伏強度(yield stress)之關係;(b)時效溫度與縱向及橫向衝擊強度之關係圖;(c)和(d)分別為縱向及橫向Charpy V-notch衝擊值與時效溫度之關係圖2。 27
圖 2 5 15-5 PH 1040℃/2hr固溶處理+480~620℃/4hr之各項機械性質;(a)時效溫度與UTS和降伏強度(yield stress)之關係;(b)時效溫度與室溫的橫向衝擊強度之關係圖;(c)時效溫度與-30℃的橫向衝擊強度;(d)沃斯田鐵與時效溫度之關係圖2。 28
圖 2 6 PH 13-8Mo 925℃/1.5hr固溶處理+535~580℃/4hr之各項機械性質;(a)時效溫度與橫向及縱向衝擊強度之關係圖;(b)時效溫度與UTS、降伏強度(yield stress)關係圖2。 29
圖 2 7 Orowan機構示意圖 29
圖 2 8 (a) Fe-Cu相圖17 30
圖 2 9 9R結構示意圖;(a) 9R結構A、B、C面之原子排列;(b)9R結構延著c軸的平面堆疊順序 32
圖 2 10銅析出物與α-Fe基地之方位關係9 32
圖 2 11 K-S和N-W方位關係之立體投影圖33 33
圖 2 12沃斯田鐵和時效溫度與時間之關係圖13 33
圖 3 1 GTD450材料之前處理 38
圖 3 2 Thermal Cal熱力學計算所預測相之比例(mole%) 39
圖 3 3實驗材料取樣之方式 40
圖 3 4時效熱處理之流程圖 40
圖 4 1 1040℃持溫30分鐘固溶處理之金相顯微組織 56
圖 4 2 GTD4580不�袗�時效熱處理之硬度曲線圖 56
圖 4 3 (a)1040℃持溫30min固溶處理之熱膨脹儀曲線圖;(b)為(a)之局部放大曲線圖。 57
圖 4 4 1040℃持溫30分鐘固溶處理 TEM明視野影像 58
圖 4 5 1040℃持溫30分鐘固溶處理 TEM(a) 暗視野影像,(b)和(c) 擇區繞射分析圖形 59
圖 4 6 1040℃持溫30分鐘固溶處理之微雙晶之TEM(a) 明視野影像、(b) 暗視野,(c)和(d) 擇區繞射分析圖形 61
圖 4 7 1040℃持溫30分鐘固溶處理 互相穿刺微雙晶之TEM(a) 明視野影像,(b)和(c)為暗視野影像,(d)和(e) 擇區繞射分析圖形 63
圖 4 8 510℃時效熱處理之金相顯微組織圖 64
圖 4 9 510℃時效熱處理之金相顯微組織圖 65
圖 4 10 510℃時效熱處理持溫8小時之熱膨脹儀曲線圖 66
圖 4 11 590℃時效熱處理持溫8小時之熱膨脹儀曲線圖 66
圖 4 12 510℃持溫30分鐘時效熱處理之TEM明視野影像 67
圖 4 13 510℃持溫30分鐘時效熱處理中之銅析出物(a)明視野、(b)暗視野、(c)板條麻田散鐵暗視野、(d)與(e)擇區繞射分析 69
圖 4 14 510℃持溫2小時時效熱處理之 (a)明視野影像、(b)殘留沃斯田鐵暗視野、(c)及(d)擇區繞射分析 71
圖 4 15 510℃持溫4小時時效熱處理之TEM明視野影像 72
圖 4 16 510℃持溫4小時時效熱處理殘留沃斯田鐵TEM(a)明視野影像、(b)暗視野,(c)和(d)擇區繞射分析圖形 74
圖 4 17 510℃持溫8小時時效熱處理銅析出物TEM(a)明視野影像、(b)暗視野,(c)和(d)擇區繞射分析圖形 76
圖 4 18 590℃持溫30分鐘時效熱處理TEM(a)明視野影像、(b)沃斯田鐵暗視野,(c)和(d)擇區繞射分析圖形 78
圖 4 19 590℃持溫2小時效熱處理TEM(a)明視野影像、(b)沃斯田鐵暗視野,(c)和(d)擇區繞射分析圖形 80
圖 4 20 590℃持溫2小時效熱處理TEM(a)明視野影像、(b)沃斯田鐵暗視野,(c)和(d)擇區繞射分析圖形 82
圖 4 21 590℃持溫4小時效熱處理TEM(a)明視野影像、(b)沃斯田鐵暗視野,(c)麻田散鐵暗視野、(d)和(e)擇區繞射分析圖形 84
圖 4 22 590℃持溫40分鐘時效熱處理reversed沃斯田鐵(a) 明視野、(b) 暗視野,(c)為放大明視野影像 86
圖 4 23 590℃持溫40分鐘時效熱處理reversed 沃斯田鐵(a) 明視野、(b) 暗視野、(c)和(d) 擇區繞射分析圖形 88
圖 4 24 590℃持溫8小時時效熱處理銅析出物(a) 明視野、(b) 暗視野 89
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