臺灣博碩士論文加值系統

本研究計畫之主要目的是在探討以模內法製作呋喃樹脂模延性鑄鐵時，鑄造參數(球化劑添加量、球化劑粒度大小、澆鑄溫度及過濾網的採用等)對於延性鑄鐵之機械性質(抗拉強度、伸長率、硬度及衝擊值等)與金相顯微組織（球化率、球墨數及基地組織等）的影響。
研究結果顯示：(1)當球化劑添加量為1.0wt%時其抗拉強度為最佳500MPa，而添加量為0.9 wt%與0.8 wt%時，其鑄件之抗拉強度分別為403 MPa與358 MPa顯現出抗拉強度有降低的現象，此與金相顯微組織觀察球化率與基地組織所呈現結果對照相符合。（2）球化劑粒度大小分別為粗 (>6.35mm)、中 (5.66mm~6.35mm)、細 (<5.66mm) 時，因粒徑細會導致鐵水熔液無法完全進入反應室，而粒徑大時則會導致球化劑無法完全熔解，所以是以中等粒度之球化劑所得之鑄件品質為最佳。（3）澆鑄溫度分別為1470℃與1440℃時，可以發現到抗拉強度均較標準之澆鑄溫度1500℃時為差，會明顯下降至413 MPa 左右。
（4）有採用過濾網的鑄件之機械性質優於無採用過濾網時之機械性質。（5）當球化劑添加量1.0 wt%、球化劑粒度大小為中等粒度、澆鑄溫度1500℃時，所得之鑄件衝擊值為最低。（6）當球化劑添加量為1.0 wt% 時、粒度大小為中等粒度、澆鑄溫度為1500℃時之硬度值為最高。

The objective of this research is to focus on the manufacturing of furan resin mold ductile cast iron by using the In-mold Process. Casting parameters (addition amount and grain size of nodulant, pouring temperature, the use of cloth filter etc.,) on the mechanical properties (tensile strength , elongation , hardness , impact value etc.,) and metallographic microstructures (nodularity, count of nodule , matrix etc.,) of the ductile cast iron were investigated in this research.
The results of this study indicate that ： (1) when the addition amount of nodulant is 1.0wt%, the tensile strength is the best 500MPa . When the addition amounts of nodulant are 0.9wt% and 0.8wt%, the tensile strength decreases to 403 MPa and 358 MPa, respectively. The results of tensile strength variation are matched with the metallographic microstructrure results of nodularity and matrix. (2) The grain sizes of nodulant are coarse (>6.35mm), medium (5.66~6.35mm), fine (<5.66mm). With the coarse type, the nodulant can not melt fully；and with the fine type, the molten iron can not enter to the reaction chamer sufficiently；therefore using the medium type of nodulant can obtain the best casting quality. (3) When the pouring temperature is 1500℃, the tensile strength of casting is better than the other two pouring temperature (1470,1440℃). (4) The mechanical properties of using the cloth filter are better than without cloth filter. (5) When the addition amount of nodulant is 1.0wt% and the grain sizes of nodulant are medium (5.66~6.35mm) and the pouring temperature is 1500℃ , the impact value is lowest . (6) When the addition amount of nodulant is 1.0wt% and the grain sizes of nodulant are medium (5.66~6.35mm) and the pouring temperature is 1500℃, the hardness is highest .

中文摘要……………………………………………………. I
英文摘要……………………………………………………. II
目 錄………………………………………………….….... IV
中文圖目錄……………………………………………….... VIII
英文圖目錄……………………………………………….... XI
中文表目錄……………………………………………….... XVIII
英文表目錄……………………………………………….... XIX
第一章 緒論…………………………………………….…. 1
1.1 前言…………………………………………………..…. 1
1.2 文獻回顧……………………………………………….... 2
1.3 研究動機……………………………………………….... 4
第二章 基礎理論…………………………………………... 5
2.1 呋喃樹脂模簡介……………………………………….… 5
2.2 球狀石墨鑄鐵…………………………………………..... 6
2.2.1 球化處理…………………………………………….. 7
2.2.2 退化效應…………………………………………….. 7
2.2.2.1 原因一…………………………………………..… 7
2.2.2.2 原因二………………………………………….… 8
2.2.2.3 原因三……………………………………….…… 8
2.2.3 澆流系統設計……………………………………….. 8
2.2.3.1 澆鑄時間……………………………….………… 8
2.2.3.2 進模口大小………………………………..……… 9
2.2.4 缺陷類型…………………………………………….. 11
2.3 模內法………………………………………………….... 12
2.3.1 簡介…………………………………………………. 12
2.3.2 設計原理…………………………………………….. 12
2.3.2.1 熔解係數法…………………..………………….... 12
2.3.2.2 比熔解面積法………………………..……………. 13
第三章 實驗設備與實驗方法……………………………... 14
3.1 實驗材料…………………………………………………. 14
3.1.1 造模砂………………………………………………. 14
3.1.2 鑄造模型…………………………………………….. 14
3.2 熔煉原料…………………………………………………. 15
3.2.1 呋喃樹脂模球墨鑄鐵之碳、矽百分比………………… 16
3.3 實驗設備………………………………………………..... 16
3.3.1 高週波感應熔解爐…………………………………… 16
3.3.2 電子磅秤…………………………………………….. 17
3.3.3 紅外線放射溫度計…………………………………… 17
3.3.4 電腦控制動態材料試驗機(MTS)………………..…… 17
3.3.5 其他實驗設備……………………………………….. 17
3.4 實驗條件………………………………………….….….. 17
3.5 實驗方法………………………………………….…..….. 19
3.5.1 實驗流程…………………………………………….. 19
3.5.2 模內法之反應室的尺寸設計…………………………. 20
3.5.3 澆流系統之尺寸設計………………………………… 21
3.5.4 冒口尺寸…………………………………………….. 21
3.5.5 試驗試片規格與製作………………………………… 22
3.5.6 鑄件硬度分布試驗…………………………………... 23
3.5.7 金相試驗…………………………………………….. 25
3.5.8 衝擊試驗……………………..……………………… 26
第四章 結果與討論……………………………………..…. 28
4.1 球化劑添加量對於延性鑄鐵鑄件品質之影響…………..…. 28
4.1.1 球化劑添加量對於延性鑄鐵鑄件金相顯微組織之影響…………………………………………………… 28
4.1.2 球化劑添加量對於延性鑄鐵鑄件機械性質之影響.…… 30
4.2 球化劑粒度大小對於延性鑄鐵鑄件品質之影響…………... 34
4.2.1 球化劑粒度大小對於延性鑄鐵鑄件金相顯微組織之影響…….……………………………………………… 34
4.2.2 球化劑粒度大小對於延性鑄鐵鑄件機械性質之影響….. 36
4.3 澆鑄溫度對於延性鑄鐵鑄件品質之影響………………….. 40
4.3.1 澆鑄溫度對於延性鑄鐵鑄件金相顯微組織之影響……. 40
4.3.2 澆鑄溫度對於延性鑄鐵鑄件機械性質之影響…………... 42
4.4 過濾網採用對於延性鑄鐵鑄件品質之影響……………….. 46
4.4.1 過濾網採用對於延性鑄鐵鑄件金相顯微組織之影響….. 46
4.4.2 過濾網採用對於延性鑄鐵鑄件機械性質之影響………. 48
4.4.2.1 孔徑1.5㎜過濾網的採用….……………………….. 48
4.4.2.2 孔徑2.0㎜過濾網的採用….……………………….. 49
4.5 各參數條件所得之鑄件衝擊值關係……………………..... 57
4.6 各參數條件所得之鑄件與硬度關係……………………..... 59
第五章 結 論……………………………………………... 62
5.1 球化劑添加量對於延性鑄鐵鑄件品質之影響……………... 62
5.2 球化劑粒度大小對延性鑄鐵鑄件品質之影響……………... 62
5.3 澆鑄溫度對於延性鑄鐵鑄件品質之影響………………….. 63
5.4 過濾網採用對於延性鑄鐵鑄件品質之影響………………... 63
5.5 各參數條件所得之鑄件衝擊值關係…………………….…. 63
5.6 各參數條件所得之鑄件硬度關係……………………..…... 64
參考文獻……………………………………………………. 65
誌謝…………………………………………………………. 69

【1】田村啟治；モータリゼーションの中國-鑄造業界がどう變わゐかー，素形材，2004年3月，P6~P7。
【2】李深智、許正勳；延性鑄鐵之起源，鑄工第21卷第二期P54~P58。
【3】張瑞模；球化方式的回顧，鑄造月刊129期，P14~P19。
【4】Thomas E. Prucha； Gating for the In-the-Mold Process, Modern Casting, Feb. 1982, P38~P42.
【5】R. Sillen； Inmold Nodulization with Delayed Pouring in Vertically Parted Molds, AFS Transactions, 1979, P.191~P194.
【6】大出卓、龜島憲一、近藤幸一、芝地 豊；改良イソモールド法による鑄鐵の黑鉛組織制御，鑄物第67卷第11號P813~P819。
【7】大出卓、三上哲夫、木村隆茂、竹本義明；イソモールド法における遷移黑鉛組織に及ぼす反應室內處理合金の組合せの影響，鑄造工學第68卷第11號，P1011~P1017。
【8】大出 卓、鈴木健二郎；改良イソモールド法を利用した時間差鑄造による黑鉛組織傾斜化，鑄造工學第73卷第4號，P228~P230。
【9】V.Bansal, A.Shivani； A Model Study of Treatment inside the Mold, AFS Transactions, 1992, P179~P182.
【10】M.M.Shea, S.T.Holtan； In-the-Mold Treatment Using Elemental Magnesium To Produce Ductile Iron, AFS Transactions, 1978, P13~P22.
【11】楊弋濤、野村宏之、潼田光晴；Basic Characteristics of Metal Flow in Runner Equipped with Ceramic Foam Filter，鑄物第67卷第11號P807~P812。
【12】楊弋濤、野村宏之、潼田光晴、館幸生、橫山智子；Characteristics of Inclusion Removal by Ceramic Foam Filter，鑄造工學第71卷第8號P511~P516。
【13】楊弋濤、野村宏之、潼田光晴、前田安郭；Effect of Filter Behavior and Inclusion Removal During Pouring，鑄造工學第69卷第1號P62~P68。
【14】C.R.Loper,Jr.,A.Javaid,J.R.Hitchings；Molten Metal Flow Rates Through Refractory Cloth Filters, AFS Transactions, 1996, P57~P65.
【15】潘國桐；鑄造場的過濾片應用，鑄工第57期P33~P49。
【16】李深智、陳永進；延性鑄鐵砂模中石墨球化處理法(Ⅰ)，鑄工第41期，P1~P14。
【17】李深智、陳永進；延性鑄鐵砂模中石墨球化處理法(II)，鑄工第44期，P18~P14。
【18】李至隆、周兆民、周敏傑、洪敏雄；塊狀球化劑用於模內處理之研究(一)，鑄工第44期，P8~P17。
【19】施登士、陳耀堡、黃立仁；應用模內球化處理法鑄製球墨鑄鐵及其機械性質和顯微組織，中州學報，P273~P288。
【20】邱弘興、姜禮德；模內處理縮墨鑄鐵件金相組織之研究，鑄工第114期 P1~P7。
【21】賴逸林；模內處理(一)，鑄造科技第164期，P18~P23。
【22】賴逸林；模內處理(二)，鑄造科技第165期，P31~P34。
【23】C.R. Reese, and W.J. Evans； Development of an In-the-Mold Treatment Process for Compacted Graphite Iron Cylinder Blocks, AFS Transactions, 1998, P673~P685.
【24】A . Rouam, and S. Zerbin； New In-the-Mold Inoculation Process for the Production of Gray and Ductile Iron, AFS Transactions, 1996, P5~P10.
【25】“In-Mold Treatment Processes in iron foundary practice” ,Foundry Trade Journal, 2003 , P28~P31.
【26】C. M. Dunks,G. Hobman and G. Mannion ； Mold Nodulizing and continuous Stream Treatment Techniques as Operated in Europe, AFS Transactions , 1974 ,P392~P401.
【27】劉明春；呋喃常溫自硬性造模法之探討，南港工職學報，第6期1988年5月，P319 ~P342。
【28】楊榮顯，葉吉鎮；模內法反應室設計與呋喃樹脂模球墨鑄鐵件品質之關係，鑄造工程學刊，第122期，2004年9月，P30-P37。
【29】林留民；呋喃樹脂再生法實施之準備及其問題點，鑄工第52期P41~P46。
【30】廖高宇、潘國桐、陳正義；鑄砂對呋喃樹脂砂模強度的影響，鑄工第75期，1992年12月，P11~P21。
【31】張晉昌；新型化學性黏結砂模造模法的探討，鑄工第91期，1996年12月，P90~P95。
【32】楊榮顯；工程材料學，全華圖書股份有限公司，2005。
【33】T. A. Dexter； The British Foundry man, May 1987, P188~P192.
【34】R. D. Forrest, H. Wolfensberger；AFS Transactions, 1980, P421～P426.
【35】T. L. Forshey,G. E. Isenberg, R. D. Keller Jr. and C. R. Loper Jr.； AFS Transactions, 1982, P53～P57.
【36】鞏肇鑄；文京圖書有限公司，鑄造學，P324~P322。
【37】日本鑄物協會編；鑄物便覽，改定4版，丸善株式會社，P560~P565。
【38】周浩樑；泛論球墨鑄鐵之鑄造缺陷及防止方法，鑄工第11期，P50~P55。
【39】C.R.Loper； Fading of magnesium Treatment in Ductile Cast Irons, AFS Transactions, 1976, P203~P214.
【40】陳向詠；CAE應用於高品質呋喃樹脂模灰鑄鐵件冒口設計之研究，逢甲大學碩士論文，2002。
【41】鑄造技術講座編集委員 編；鋳造技術の基礎，P199~P200。
【42】S. I. Karsay； The Essential of Gating and Risering System Design, Rio Tino Iron & Titanium Inc., 2000.
【43】Shrinkage in nodular iron, the Ductile Iron News, 2003 P1~P6.
【44】陳俊益 譯；球墨鑄鐵之金相組織，鑄造月刊第137期，P17~P27。
【45】R.Medana, E.Natale, A.Prato, M.Remondino； Use of solid Inserts of Spheroidizing Alloys for Production of In-mold Ductile Iron Castings, AFS Transactions, 1979, P349~P356.
【46】R. Remondino, F.Pilastro, E.Natale, P.Costa, G.Peretti；Inoculation and Spheroidizing Treatments Directly Inside the Mold, AFS Transactions, 1974, P239~P252.
【47】In-Mold Solution Factor Patent(GB)No.32118 / 70
【48】楊榮顯；逢甲大學 機械研究所，高等鑄造學講義，2005。