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研究生:蔡榮川
研究生(外文):Jung-Chuan Tsai
論文名稱:SKD61鋼在滲硼後基本性質與熱鍛之研究
論文名稱(外文):Study on Properties and Hot Working Performance of SKD61 with Thermal Reactive Diffusion of Boron
指導教授:邱錫榮
指導教授(外文):Shi-Yung Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:熱反應擴散法滲硼預氮化氮化
外文關鍵詞:thermal reactive diffusion/deposition(TRD)Boride layerNitriding
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本研究以SKD61作為基材,以固態熱反應擴散(TRD)法滲覆硼表面。以預氮法、滲硼溫度及有無回淬、回火作為製程數量測性質,如滲層厚度、滲層硬度、附著性、耐磨性及熱鍛性,並且藉掃描電鏡觀察鍍膜結構(SEM,SEM-EDS),光學顯微鏡檢查膜層,X-光繞射(XRD)分析膜層結晶構造。
結果顯示,預氮化在較低溫800℃時對滲硼厚度有其效力,但高溫達900℃時,則會降低膜厚,淬回後厚度也普遍降低,滲硼溫度愈高則會有愈厚的滲層,厚度在15~70μm之間,滲硼層均有1900-2100HV的硬度,唯在900℃時剛好相反,淬回後的滲硼層均具很好的附著性,在耐磨性質上與附著性、硬度有正比例關係。而熱鍛性與磨性性質有相似的效應。掃描電鏡分析初滲硼層硼元素明顯出現,X-光繞射也分析出Fe2B的組織。
This study is to depositing Boron on SKD61 tool steel using solid thermal reactive diffusion (TRD) method. Under controlling process parameters such as pretreatment of nitriding, deposition temperature and quench/tempering, the properties of coating’s thickness, coating’s hardness, adhesion, abrasion resistance and hot-forging performance for the Boride layer are detected, and the microstructure of the coating and its crystalline structure are examined by SEM/EDS and XRD, respective-ly.
The results show that the deposition temperature has the strongest effect on film’s thickness with 15-70 μm range, while the pretreatment of nitriding can enhance increasing the film’s thickness at lower deposition temperature of 800℃ but has the inverse effect at higher temperature of 900℃. The HV hardness of the Boride ranges with 1900-2100 HV. The HV hardness after quench/tempering process for Boride layer formed at the various conditions but 900℃ deposition temperature. The boride also may have much better adhesion and hardness. The hot-forging performance test shows its proportional effect on the abrasion resistance and Boride on SKD61 has definite performance of hot forging. In addition are analyzed by SEM/EDS and the Fe2B crystal structure in found by XRD for the Boride on SKD61,and most Boride depositied SKD61 may have better abrasion resistance than substrate SKD61 with the same heat treatment.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 i
表目錄 iii
圖目錄 iv
符號說明 viii
第一章 前言 1
第二章 基礎理論與文獻回顧 3
2-1表面處理之發展 3
2-2表面處理技術的發展[3] 3
2-2.1滲碳 3
2-2.2 滲氮 4
2-2.3碳氮共滲 5
2-2.4真空氣相沉積技術[4] 5
2-2.5. TRD處理技術(Thermoreactive Deposition/Diffusion) [5] [6] [7] [8] 5
2-3滲硼原理 6
2-3.1 滲硼的發展歷史 6
2-3.2 滲硼的化學反應[15] 6
2-3.3 滲硼層的形成機理 7
2-3.4 滲硼層的生長 8
2-3.5 滲硼層的組織結構 10
2-3.6 固體滲硼的化學藥劑組成 11
2-3.7 稀土元素滲硼層的影響 13
2-3.8 滲硼的製程變因 13
2-4 TRD的擴散理論 14
2-5 SKD61的基本特性 17
2-6鍛造成型加工原理 19
2-6.1鍛造溫度 19
2-6.2熱間鍛造成形之優缺點 19
2.6.3 熱鍛模具的性能要求[42] 20
第三章 實驗步驟與分析方法 22
3-1實驗流程圖 22
3-2 實驗方法 23
3-2.1試片種類及前處理 23
3-2.2 氣體滲氮及滲金屬混合粉末配置 23
3-2.3 滲硼處理 24
3-2.4 淬火處理 25
3-2.5 回火處理 26
3-2.6 SKD61材質升溫曲線圖 26
3-3鋼料經滲金屬處理後之性能試驗與微組織分析 27
3-3.1 滲金屬層顯微金相之觀察 27
3-3.2 各滲金屬層硬度HRC與附著性分析 28
3-3.3各金屬層微硬度分佈量測 29
3-3.4耐磨耗試驗 ( Abrasion Testing ) 30
3-3.5掃描式電子顯微鏡 ( Scanning Electron Microscope, SEM ) 31
3-3.6 X-光繞射分析 ( X-ray Diffraction, XRD ) 33
3-4 SKD61滲硼層熱鍛性分析 34
第四章 結果與討論 35
4-1SKD61滲硼層厚度分析 35
4-2 SKD61滲硼層微硬度分析 43
4-3 SKD61滲硼層附著性分析 45
4-4 膜層結構分析 52
4-4.1 SKD61滲硼層光學顯微鏡之觀察 52
4-4.2 SKD61滲硼層掃描式電子顯微鏡的觀察 52
4-4.3 SKD61滲硼層X-光繞射分析 ( X-ray Diffraction, XRD ) 65
4-5 SKD61滲硼耐磨耗試驗 ( Abrasion Testing ) 68
4-6 SKD滲硼熱鍛性能分析 71
第五章 結論 90
參考文獻 91
作者簡歷 93
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