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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張珈盛
研究生(外文):Jia Sheng Zhang
論文名稱:中碳鋼S50C鋅壓鑄模具材料施以表面處理研究
論文名稱(外文):Surface Treatment on S50C Carbon Steel Die Material for Zinc Die Casting
指導教授:胡瑞峰
指導教授(外文):RUI FENG HU
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:車輛工程學系碩士班
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:123
中文關鍵詞:鋅合金S50C壓鑄模具壽命滲氮表面處理PVD表面處理熱疲勞軟銲沖蝕
外文關鍵詞:Zinc alloydie casting mold lifenitriding treatmentS50CPVD coatingthermal fatiguesolderingwashout
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壓鑄模具之壽命為鋅合金壓鑄製程中佔有極重要的地位。由於壓鑄模具在大量生產下,經由高溫高壓之鋅合金熔液反覆注射下,模具易受熱疲勞、軟銲、沖蝕等因素而形成缺陷,進而影響鋅壓鑄件良品率和產量。文獻上大多探討熱疲勞、軟銲、沖蝕對鋁壓鑄模具壽命影響之研究,但對於鋅壓鑄模具壽命影響之研究甚少。
本研究主要目的係探討模具材料S50C,分別給予三個條件:未表面處理、滲氮表面處理、PVD表面處理,再經由壓鑄機實際壓鑄1000、3000、5000次,再探討及分析何種表面處理具有延長模具材料S50C之使用壽命。
研究結果顯示模具材料S50C經由PVD表面處理後,不管在熱疲勞、軟銲、沖蝕等實驗分析後,皆較表面未處理、滲氮表面處理,皆有極優良的表現。滲氮表面處理雖有不錯的表現,但與PVD鍍層表面處理相比下,仍不及PVD表面處理。表面未處理則不論在熱疲勞、軟銲、沖蝕等實驗分析下,皆為極差的表現。因此,模具材料S50C經由PVD表面處理後,確實可以明顯延長模具之使用壽命。
The mold life of die-casting is a very important character in the zinc die casting process because of mass and highly repeated pressure of die casting.The intense thermal fatigue and soldering and washout of mold caused by die casting is a main factor affecting the production rate and the good yield of AG40A zinc die-casting. Mostly inquire into the thermal fatigue, soldering and washout to aluminum die-casting the research of the mold life influence on the reference, but, the study of increase of mold life of the zinc die casting is scarce.
The origin studies the main purpose is inquire into the molding material S50C, give respectively three conditions:don't the surface processing, nitriding treatment, PVD coating, again through die-casting the machine to physically die-casting 1000, 3000 and 5000 number of timeses. Inquire into again and analyze what surface the processing has the service life of prolonging the mold material S50C.
Study the result manifestation mold material S50C after handling through the PVD coating, In spite of after the thermal fatigue and soldering and washout wait for experiment analyze, all compare the surface and did not process and nitriding treatment, there is more good performance. The nitriding treatment contain good performance, but compare with PVD coating mutually, still can not compare with PVD coating. The surface did not process then in spite of at thermal fatigue and soldering and washout etc experiments analysis under, the performance that all is very bad. Therefore, the mold material S50C by PVD coating, really can definitely prolong the service life of the mold.
封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiv
符號說明 xv

第一章 前言 1
第二章 文獻探討 3
2.1壓鑄 3
2.1.1壓鑄的定義 3
2.1.2壓鑄法的種類 3
2.1.3壓鑄法的優缺點 4
2.2鋅合金 5
2.2.1壓鑄用鋅合金 5
2.2.2鋅壓鑄件的優缺點 7
2.3壓鑄模具 8
2.3.1模具材料必須具備性質 8
2.3.2模具材料必須具備性質 10
2.4壓鑄模具表面處理 11
2.4.1 PVD物理蒸鍍原理及其特性 11
2.4.2氮化處理 12
2.4.3電漿化學蒸鍍 13
2.4.4精密珠擊........................................................13
2.4.5滲硫處理........................................................14
2.5磨耗 15
2.6軟銲 18
2.7表面接觸角.............................................................19
第三章 實驗方法及步驟 29
3.1 實驗目的 29
3.2實驗材料與設備 29
3.3 實驗方法 29
3.4熱疲勞的觀察 31
3.5軟銲抵抗的觀察 31
3.6沖蝕抵抗的觀察 32
3.7接觸角或濕潤性的觀察 32
3.8試棒組織內部微小硬度之量測.................................33
3.9金相顯微組織之觀察.................................................33
第四章 結果與討論 44
4.1軟銲之探討 44
4.1.1軟銲表面重量比之分析 44
4.1.2軟銲面積百分比之分析 45
4.1.3接觸角之分析 45
4.2沖蝕之探討 46
4.2.1試棒的重量損失...............................................46
4.2.2試棒的體積損失...............................................47
4.3模具鋼材料S50C試棒外觀探討分析 47
4.3.1 S50C未表面處理外觀之觀察 47
4.3.2 S50C滲氮表面處理外觀之觀察 48
4.3.3 S50C之PVD表面處理外觀觀察 48
4.4模具鋼材料S50C試棒外觀使用SEM和EDS探討分析 49
4.4.1壓鑄1000次.....................................................49
4.4.2壓鑄3000次.....................................................50
4.4.3壓鑄5000次.....................................................50
4.5光學顯微鏡觀察 51
4.6 SEM觀察和EDS成分分析 52
4.6.1表面未處理材料...............................................52
4.6.2滲氮表面處理材料...........................................52
4.6.3 PVD表面處理材料..........................................53
4.7表面微小硬度之探討分析........................................54
4.8不同表面處理硬化層和鍍層厚度之探討及分析........55
4.9電腦模擬分析鋅熔液瞬間沖擊溫度及速度................55
第五章 結論 117
參考文獻 119
圖目錄

圖2.1 熱室壓鑄機剖面圖 22
圖2.2 Al含量對鋅合金流動性、衝擊強度之影響 23
圖2.3 Zn-Al 二元平衡相圖 24
圖2.4 實驗插銷經高溫高壓熔液高速沖擊而產生的沖蝕坑 25
圖2.5 模具因熱疲勞而產生的熱裂紋 25
圖2.6 鋁-鐵平衡相圖 26
圖2.7 鐵-碳平衡相圖 27
圖2.8 表面接觸角 28
圖3.1 實驗流程 36
圖3.2 100噸熱式壓鑄機 37
圖3.3 壓鑄模型STL檔 37
圖3.4 實驗試棒外觀 38
圖3.5 實驗試棒尺寸圖 39
圖3.6 試棒在模仁之中位置 40
圖3.7 金相觀察顯微鏡 41
圖3.8 掃描式電子顯微鏡..........................................................41
圖3.9 精密電子天秤..................................................................42
圖3.10 接觸角量測儀器..............................................................42
圖3.11微小硬度試驗機...............................................................43
圖3.12實驗試棒之金相分析取樣處............................................43
圖4.1 軟銲表面重量比 .......62
圖4.2 軟銲面積百分比 62
圖4.3 接觸角 63
圖4.4 試棒重量損失之比較 63
圖4.5 試棒體積損失 64
圖4.6 未表面處理試棒(未壓鑄) 65
圖4.7 未表面處理試棒(正面)...................................................66
圖4.8 未表面處理試棒(正面) 67
圖4.9 滲氮表面處理試棒(未壓鑄) 68
圖4.10 滲氮表面處理試棒(正面)...............................................69
圖4.11 滲氮表面處理試棒(側面) 70
圖4.12 PVD表面處理試棒(未壓鑄)............................................71
圖4.13 PVD表面處理試棒(正面) 72
圖4.14 PVD表面處理試棒(側面)...............................................73
圖4.15 試棒沖擊面之SEM觀察(40X) 74
圖4.16 試棒壓鑄1000次之端部SEM觀察(40X) 75
圖4.17 試棒壓鑄1000次之端部EDS分析 76
圖4.18 試棒壓鑄1000次之肩部SEM觀察(40X) 77
圖4.19 試棒壓鑄1000次之肩部EDS分析 78
圖4.20 試棒壓鑄3000次之端部SEM觀察(40X) 79
圖4.21 試棒壓鑄3000次之端部EDS分析 80
圖4.22 試棒壓鑄3000次之肩部SEM觀察(40X)......................81
圖4.23 試棒壓鑄5000次之端部SEM觀察(40X) 82
圖4.24 試棒壓鑄5000次之端部SEM觀察(40X) 83
圖4.25 試棒壓鑄5000次之端部EDS分析 84
圖4.26 試棒壓鑄5000次之肩部SEM觀察(40X)..... 85
圖4.27 未處理SKD61母材試片浸液後之表面裂紋 86
圖4.28 未處理未表面處理試棒(未壓鑄)OM金相觀察 87
圖4.29 滲氮表面處理試棒(未壓鑄)OM金相觀察 88
圖4.30 PVD表面處理試棒(未壓鑄) OM金相觀察 89
圖4.31 未表面處理試棒(壓鑄1000次) OM金相觀察 90
圖4.32 滲氮表面處理試棒(壓鑄1000次) OM金相觀察 91
圖4.33 PVD表面處理試棒(壓鑄1000次) OM金相觀察 92
圖4.34未表面處理試棒(壓鑄3000次) OM金相觀察 93
圖4.35滲氮表面處理試棒(壓鑄3000次) OM金相觀察 94
圖4.36 PVD表面處理試棒(壓鑄3000次) OM金相觀察 95
圖4.37未表面處理試棒(壓鑄5000次) OM金相觀察 96
圖4.38滲氮表面處理試棒(壓鑄5000次) OM金相觀察 97
圖4.39 PVD表面處理試棒(壓鑄5000次) OM金相觀察 98
圖4.40未表面處理試棒(未壓鑄)SEM觀察 99
圖4.41圖4.41 A區之肥粒鐵EDS分析 99
圖4.42 B區之雪明碳鐵(Cementite) EDS分析 100
圖4.43未表面處理試棒(壓鑄1000次)之SEM觀察和A區EDS分析 101
圖4.44未表面處理試棒(壓鑄3000次)之SEM觀察和A區EDS分析 102
圖4.45未表面處理試棒(壓鑄5000次)之SEM觀察和A區EDS分析 103
圖4.46 滲氮表面處理試棒(未壓鑄)之SEM觀察和A區EDS分析 104
圖4.47 滲氮表面處理試棒(壓鑄1000次)之SEM觀察和A區EDS分析 105
圖4.48 滲氮表面處理試棒(壓鑄3000次)之SEM觀察和A區EDS分析 106
圖4.49 滲氮表面處理試棒(壓鑄5000次)之SEM觀察和A區EDS分析 107
圖4.50 PVD表面處理試棒(未壓鑄)之SEM觀察和A區EDS分析 108
圖4.51 PVD表面處理試棒(壓鑄1000次)之SEM觀察和A區EDS分析 109
圖4.52 PVD表面處理試棒(壓鑄3000次)之SEM觀察和A區EDS分析 110
圖4.53 PVD表面處理試棒(壓鑄5000次)之SEM觀察和A區
EDS分析 111
圖4.54 未壓鑄實驗試片表面微小硬度 112
圖4.55壓鑄1000次實驗試片表面微小硬度 112
圖4.56壓鑄3000次實驗試片表面微小硬度 113
圖4.57壓鑄5000次實驗試片表面微小硬度 113
圖4.58滲氮表面處理硬化層厚度變化趨勢 114
圖4.59 PVD表面處理鍍層厚度變化趨勢 114
圖4.60電腦模擬分析鋅熔液沖擊試棒瞬間速度 115
圖4.61電腦模擬分析鋅熔液沖擊試棒瞬間溫度 116
表目錄

表2.1 壓鑄AG40A鋅合金物理特性 20
表2.2 鋅合金3號規格對照表 20
表2.3 AG40A鋅合金之成分規格 21
表2.4 鋅合金之特性與應用 21
表3.1 S50C化學成分表 35
表3.2 AG40A化學成分表 35
表3.3 PVD表面處理鍍層之物理特性....................... ..... .......35
表4.1 實驗前跟實驗後之試棒表面重量差異值 .....57
表4.2 實驗前跟實驗後之試棒軟銲面積百分比差異值 ......57
表4.3 實驗前跟實驗後之試棒接觸角角度...............................58
表4.4 實驗前跟實驗後之試棒重量損失差異值.......................58
表4.5 實驗前跟實驗後之試棒體積損失差異值.......................59
表4.6 未壓鑄實驗試片表面微小硬度值(Hv)...........................59
表4.7 壓鑄1000次實驗試片表面微小硬度值(Hv)...................60
表4.8 壓鑄3000次實驗試片表面微小硬度值(Hv)...................60
表4.9 壓鑄5000次實驗試片表面微小硬度值(Hv)...................60
表4.10 表面滲氮處理硬化層厚度變化.......................................61
表4.11 PVD表面處理鍍層厚度變化............................. ...........61
參考文獻

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