臺灣博碩士論文加值系統

本論文利用穿透式電子顯微鏡來探討鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經時效處理後顯微結構與規律化相變態的變化情形，並研究鈷含量對鐵-28錳-8鋁-x鈷合金顯微結構的影響。
研究結果顯示：(1) 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金在固溶狀態下為(沃斯田體＋肥粒體) 的雙相組織，經由穿透式電子顯微鏡觀察顯示，在沃斯田體基地內沒有任何碳化物析出，然而在肥粒體內中可觀察到(B2+DO3)規律相的形成，此規律相係經連續規律化相變態所產生。(2) 經450℃~750℃時效熱處理後，可以觀察到肥粒體區域內的穩定結構變化將由(α+DO3)→(α+B2*+γ)→(α+B2+B2*+γ)→(α+B2+γ)→(B2+γ)的相變化反應。(3)當合金在550℃時效處理後，我們可以觀察到B2*規律相以顆粒(particle)型式在肥粒體區域內成核成長，且隨著時間的增長，鐵-28錳-8鋁-10鈷合金在550℃的穩定結構為(α+B2*)共存的顯微結構，這些成核成長的B2*規律相會沿著晶體結構<100>方向優先成長。(4)合金在550℃長時間時效處理後，在α/γ晶界附近可以觀察到(α+B2*)→(γ+B2*)相分解反應，此種特殊的相分解反應從未被其他鐵錳鋁合金研究學者所揭示過，頗具學術參考價值。(5)上述研究結果顯示，少量鈷元素的添加(小於5%)，會抑制β-錳在肥粒體基地內析出，同時會促使DO3規律相的形成；隨著鈷元素的添加量增加至10重量百分比左右，B2規律相的存在溫度範圍不但會大幅提高，且會進一步促使成核成長機制的B2*規律相在(α+B2)區域內析出，這個結論亦尚未見於其他鐵錳鋁合金相關研究報告上。

目　　次
摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 vii
目次 viii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 鐵錳鋁合金常見之析出物 2
1.3.1 沃斯田體析出物 2
1.3.2 DO3規律相 3
1.3.3 B2規律相 3
1.3.4 α-Mn析出物 4
1.3.5 β-Mn析出物 4
第二章 文獻回顧 7
2.1 鐵錳鋁合金系統 7
2.2 添加第四合金元素對鐵錳鋁合金系統之影響 10
2.2.1 添加碳元素對鐵錳鋁合金系統之影響 10
2.2.2 添加鎳元素對鐵錳鋁合金系統之影響 11
2.2.3 添加矽元素對鐵錳鋁合金系統之影響 11
2.2.4 添加鉻元素對鐵錳鋁合金系統之影響 13
2.2.5 添加鈷元素對鐵錳鋁合金系統之影響 13
2.3 鐵錳鋁合金之機械性質回顧 14
2.3.1 腐蝕性質回顧 14
2.3.2 硬度分析回顧 15
第三章 實驗方法 17
3.1 實驗流程 17
3.2 合金冶煉 18
3.2.1 合金配製 18
3.2.2 矽砂模製作 18
3.2.3 合金熔煉 19
3.2 合金澆鑄 19
3.3 熱處理 20
3.3.1 均質化處理 20
3.3.2 固溶處理 20
3.3.3 時效處理 20
3.4 試片製作 21
3.4.1 金相試片 21
3.4.2 穿透式電子顯微鏡試片 22
3.4.3 硬度試片 22
3.5 實驗分析設備 22
3.5.1 光學顯微鏡 22
3.5.2 穿透式電子顯微鏡 23
3.5.3 X-光能散佈分析儀 23
3.5.4 硬度試驗機 24
第四章 結果與討論 30
4.1 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經固溶熱處理後之顯微結構 30
4.2 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經450℃時效熱處理後之顯微結構 37
4.3 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理後之顯微結構 44
4.4 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經600~650℃時效熱處理後之顯微結構 64
4.5 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經750℃時效熱處理後之顯微結構 71
4.6 鈷元素對鐵錳鋁合金相變化的影響 76
4.7 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經不同熱處理之硬度比較 80
第五章 結論 83
參考文獻 85

表目錄
表 2.1 第四元素的添加對鐵錳鋁合金相變化的影響 16
表 4.1 不同合金添加元素對鐵錳鋁合金固溶狀態下顯微結構之影響 32
表4.2 不同合金添加元素對鐵錳鋁合金經450℃時效熱處理狀態下顯微結構之影響 39
表4.3 不同合金添加元素對鐵錳鋁合金經550℃時效熱處理狀態下顯微結構之影響 48
圖目錄
圖1.1 D03 超晶格的晶體結構 6
圖1.2 B2超晶格的晶體結構 6
圖3.1 實驗流程圖 17
圖3.2 本論文使用之矽砂模 25
圖3.3 合金澆鑄過程 25
圖3.4 本論文使用之熱滾軋機 26
圖3.5 本論文使用之感應爐 26
圖3.6 本論文使用之光學顯微鏡 27
圖3.7 本論文使用之Philips Tecnai G2 F20 FEG-TEM型掃描穿透式電子顯微鏡 27
圖3.8 本論文使用之X射線能量散佈分析儀 28
圖3.9 本論文使用之洛氏硬度試驗機 28
圖4.1 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金在固溶狀態下的金相照片。(a)為100倍金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為200倍金相照片。 33
圖4.2 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金在固溶狀態下，取自沃斯田體基地之選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向(Zone Axis)為[011]方向。 34
圖4.3 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金在固溶狀態下的電子顯微鏡照片，(a)與(b)為取自肥粒體區域之選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向分別為[001]及[011]方向；(c)為取自肥粒體區域(200)DO3暗視野照片；(d)為同一區域( )DO3暗視野照片。 36
圖4.4 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經450℃時效熱處理6小時的金相照片，(a)為100倍金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為200倍金相照片。 40
圖4.5 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經450℃時效熱處理6小時的電子顯微鏡照片，(a)與(b)為取自肥粒體區域之選擇區域繞射圖型，其晶帶軸(Zone Axis)方向分別為[001]及[011]方向；(c)為取自肥粒體區域(200) DO3暗視野照片；(d)為同一區域之( )DO3暗視野照片。 42
圖4.6 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經450℃時效熱處理72小時後取自肥粒體區域(200) DO3暗視野照片。 43
圖4.7 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理1小時的金相照片，(a)為放大100倍的金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為放大200倍的金相照片。 49
圖4.8 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理1小時的電子顯微鏡照片，(a)為肥粒體與(DO3+B2+B2*)規律相混合區域之明視野照片；(b)與(c)分別取自肥粒體區域之選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向分別為[001]及[011]方向；(d)為同一區域之(200) DO3暗視野照片；(e)為對應區域之(111) DO3暗視野照片。 52
圖4.9 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理6小時之電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體區域之明視野照片，可以觀察到有片狀析出物在肥粒體區域內析出；(b)為取自肥粒體基地與片狀沃斯田體析出物混合區的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向分別為[111]α-Fe和[011]γ-Fe方向。 53
圖4.10 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理6小時之電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體區域內的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(b)為取自同一相同區域內的(200) DO3暗視野照片。 54
圖4.11 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理24小時的金相照片，(a)為放大100倍的金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為放大200倍的金相照片。 55
圖4.12 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理24小時後，取自肥粒體區域之明視野照片。 56
圖4.13 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理24小時的電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體和B2*析出物混合區域之明視野照片；(b)為取自肥粒體和B2*析出物混合區的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(c)為同一區域(200)DO3暗視野照片。 58
圖4.14 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金550℃時效處理48小時後的顯微鏡照片，(a) 為放大100倍的金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為取自肥粒體晶粒邊界附近的電子顯微鏡明視野照片。 59
圖4.15 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理48小時的電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體及B2*析出物混合區的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(b)為同一區域(200) DO3暗視野照片。 60
圖4.16 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理48小時的電子顯微鏡照片，(a)及(c)為取自肥粒體/沃斯田體晶粒邊界之明視野照片；(b)及(d)為相對應區域之(200) DO3暗視野照片。 62
圖4.17鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經550℃時效熱處理72小時，取自肥粒體/沃斯田體晶粒邊界之明視野照片。 63
圖4.18鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經600℃時效熱處理24小時的電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體區域之選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(b)為同一區域之(200)DO3暗視野照片；(c)為取自肥粒體晶粒邊界之(200) DO3暗視野照片。 68
圖4.19鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經650℃時效熱處理24小時的電子顯微鏡照片，(a)為肥粒體區域的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(b)為同一區域之(200) DO3暗視野照片。 69
圖4.20鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經650℃時效熱處理24小時的顯微照片，(a) 為放大100倍的金相照片，除了沃斯田體晶粒外，可觀察到在肥粒體晶粒內有明顯棒狀析出物產生；(b)為取自肥粒體區域的明視野照片，顯示B2規律相加上棒狀沃斯田體析出物的層狀組織。 70
圖4.21鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經750℃時效熱處理48小時的金相照片，(a)為200倍金相照片，其中標示「A」的晶粒為沃斯田體，可觀察到雙晶的特徵，標示「F」的晶粒為肥粒體；(b)為400倍金相照片。 73
圖4.22 鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經750℃時效熱處理48小時後之電子顯微鏡照片，(a)為取自肥粒體和B2規律相混合區域的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向為[011]方向；(b)為同一區域之(200)DO3暗視野照片；(c)為相對應之(111)DO3暗視野照片。 75
圖4.23 B2規律相與沃斯田體析出物混合區的選擇區域繞射圖型，其晶帶軸方向分別為[111]B2和[011]γ-Fe方向。 75
圖4.24鐵-28錳-8鋁-10鈷合金經不同時效熱處理條件後的硬度分佈曲線圖。 82
圖4.25鐵-28錳-8鋁-10鈷合金與鐵-28錳-8鋁-(1-5)鈷合金在不同時效溫度下硬度比較圖。 82

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