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研究生:林資雄
論文名稱:熱作鋼疲勞行為之研究
論文名稱(外文):The study on low-cycle fatigue of hot work steel
指導教授:劉啟昌
學位類別:碩士
校院名稱:建國科技大學
系所名稱:機械工程系暨製造科技研究所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:37
中文關鍵詞:電漿氮化氮化層電漿效應低週疲勞
外文關鍵詞:plasma nitridingnitriding layerplasma effectLow-cycle fatigue
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DIN 1.2367工具鋼是國內工業應用最廣且最重要之Cr-Mo系高合金特殊鋼之一,常應用於齒輪、傳動元件、散熱片擠製模、合金鍛造模等。材料在於嚴酷的作業環境下除需克服磨耗問題之外,對於施加於機件的週期應力破壞更不容忽視!近年對於工具鋼之研究大多著重於磨耗性能之提升,對於危害材料更為嚴重之疲勞破壞則少有深入探討。本研究計畫主要討論電漿氮化層與真空熱處理之雙重效應,對於Cr-Mo系工具鋼低週疲勞強度的提升。
主要研究目的為針對DIN 1.2367工具鋼施加高Mo之合金設計後,利用真空熱處理提升整體材料機械性質,並輔以電漿氮化之電漿效應對本鋼進行表面改質。透過氮化參數(混合氣比值、氮化時間、氮化溫度)的調控所產生之電漿品質,進行本鋼不同程度的氮化,藉由氮化層之調查技術分析氮化參數對於氮化層所造成之影響,其中包含氮化構成相、氮化深度、擴散層深度、與微小硬度值之關係。後續將針對不同程度氮化鋼進行低週疲勞實驗與拉伸實驗並進行破斷組織分析,以深入討論電漿氮化參數調控與真空熱處理之雙重效應對於本鋼疲勞壽命、抗拉強度與楊氏模數之影響。

Tool steel of DIN 1.2367 series is one of the critical and extensive high-alloyed steels in industries. It mainly applies to gears and the molds of high-temperature environment, frequently, to the extruding mold of heat fins and the forging mold for alloy. The materials of molds don’t just need to conquer the wearing problems but also need to concern about the fraction problems that made by working-cycle stress acting on molds. However, the last researches of DIN 1.2367 tool steel mostly focused on the wearing resistance improvement and there were few investigations on the more series material fatigue fracture. This research plan of two-year period primarily investigates the dual effects of the plasma nitriding layer and vacuum heat treatment for the improvement to the low-cycle fatigue strength of DIN 1.2367 tool steel.
The first, we are going to study the characteristics of the DIN 1.2367 tool steel after adding high-quantity Mo, improving mechanical properties by vacuum heat treatment, and changing surface properties by the plasma effect of plasma nitriding. Through the plasma quality of controlling nitriding parameters (the fraction of mixing gas, the nitriding time, and the nitriding temperature), we carry on the different nitriding. And we analyze the influences of the nitriding parameters on the nitriding layer by the investigating nitriding layer technique. Among them, it includes the relations of nitriding phase, nitriding depth, diffusing depth, and slight hardness.
The second research will precede low-cycle fatigue experiments and analysis of fracture organization according to the different nitriding steels of the first year. We will discuss the influences of the plasma -nitriding and vacuum heat treatment on the fatigue life, tension strength and Youth’s module.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅴ
第一章 緒論 1
1-1研究計畫之背景 1
1-2國內外相關研究 2
1-3研究目的 6
第二章 原理 7
2-1研究方法 7
2-2高Mo合金設計所造成之組織與熱處理之關係 7
第三章 研究方法 10
3-1電漿氮化表面改質與熱處理對於本鋼組織之影響 20
3-2氮化層與微觀組織對於低週疲勞強度提升之影響 12
3-2實驗流程圖 19
第四章 結果與討論 21
4-1回火處理對於低週疲勞行為之影響 21
4-2表面氮化處理對於低週疲勞行為之影響 24
第五章 結論 26
參考文獻 27

1.高一之,“熱作鋼之應用破損案例介紹”,1997模具技術成果暨論文集,pp. 177, 1997.
2.Guobin, Li; Xiangzhi, Li; Jianjun, Wu,“Study of the thermal fatigue crack initial life of H13 and H21 steels”, Journal of Materials Processing Technology,Volume: 74, Issue: 1-3, February, 1998, pp. 23-26
3.Dobrzanski, L.A.; Mazurkiewicz, J.,“Comparison of the thermal fatigue resistance and structure of the 47CrMoWVTiCeZr16-26-8 hot-work tool steel with X40CrMoV5-1 type one”, Volume: 113, Issue: 1-3, June 15, 2001, pp. 527-538
4.Devi, M. Uma; Chakraborty, T.K.,“Wear behavior of plasma nitride tool steels”, Surface and Coatings Technology Volume: 116-119, September, 1999, pp. 212-221
5.Roessle, M.L.; Fatemi, A.,“Strain-controlled fatigue properties of steels and some simple approximations”,International Journal of Fatigue Volume: 22, Issue: 6, July, 2000, pp. 495-511
6.Jun-Hyub Park; Ji-Ho Song,“Detailed evaluation of methods for estimation of fatigue properties”, International Journal of Fatigue,1995,17,365.
7.V.S. Sarma; K.A. Padmanabhan,“Low cycle fatigue behaviors of a medium carbon microalloyed steel”,Volume: 19,No. 2,1997,pp.135-140
8.M.Guagliano; L.Vergani,“Effect of nitriding on low-cycle fatigue properties”,Volume: 19,No. 1,1997,pp.67-73
9.A.Celik ; S.Karadeniz,“Improvement of the fatigue strength of AISI 4140 steel by an ion nitriding process”, Surface and Coatings Technology Volume: 72, Issue: 3, June, 1995, pp. 169-173
10.Genel, Kenan; Demirkol, Mehmet,“Effect of ion nitriding on fatigue behavior of AISI 4140 steel”,Materials Science and Engineering: A Volume: 279, Issue: 1-2, February 29, 2000, pp. 207 - 216

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