臺灣博碩士論文加值系統

本實驗以氫銲多道次重複疊銲方式將IN52M及IN52MSS填料覆銲於CF8A鑄造不鏽鋼(SS)。上視巨觀觀察到IN52M及52MSS兩種填料直接覆銲於基材後皆會於銲接尾端停弧火口處產生熱裂縫，若預先施以308L不銹鋼緩衝層於CF8A基材，發現IN52M填料覆銲層僅有非常少量熱裂縫產生於銲接停弧火口，52MSS填料覆銲層停弧火口裂縫數量則有減少，若覆銲時將填料輸入量增加亦可減緩覆銲時熱裂產生。熱裂縫傾向誘發於銲接界面處，特別位於鎳基覆銲層及CF8A基材界面位置。觀察覆銲層的熱裂縫及枝晶邊界有微小生成物產生，使用EPMA測定微小生成物化學組成，並由EBSD鑑定生成物組成結構。結果顯示微小生成物為γ-(Ni3(Nb,Mo))共晶生成物，其為IN52M及IN52MSS填料覆銲層產生熱裂縫的主因。因52MSS填料添加較多Nb及Mo元素，因此覆銲層的枝晶邊界產生數量較多且尺寸較大的凝固生成物，導致52MSS覆銲層之熱裂敏感性較52M高。本實驗於IN52M及52MSS兩種填料覆銲層內發現移動晶界，但並未發現失延裂紋(ductility dip cracking, DDC)，為了降低CF8A基材汙染而導致鎳基覆銲層熱裂縫，鎳基合金覆銲前應施以不銹鋼緩衝層。

The overlay-welding of IN52M and 52MSS onto CF8A casted stainless steel (SS) was conducted with a gas tungsten arc welding process in multiple passes. The eletron probe micro-analyzer(EPMA) was applied to determine the distribution of chemical compositions of the grain boundary microconstituents whereas the structures was identified by electron backscatter diffraction(EBSD). The hot cracking of the overlay welds was related with the microconstituents at the interdendrtic boundaries. The formation of γ-intermetallic(Ni3(Nb,Mo)) eutectics were responsible predominantly for the hot cracking of 52M and 52MSS overlays. The greater Nb and Mo contents in the 52MSS overlay enhanced the formation of coarser and greater amount of microconstituents at the interdendritic boundaries. Therefore, 52MSS overlay behaved a higher hot cracking sensitivity than 52M overlay. Moreover, migrated grain boundaries were observed in 52M and 52MSS overlays, but did not induce ductility dip cracking(DDC) in this study.

摘要…………………………………………………………………………….……...I
Abstract………..…………………………………………………………………………II
目錄…………………….………………………………………………………….....III
表目錄…..…………………………………………………………………………….V
圖目錄…..…………………………………………………………………………....VI
第一章前言……………………………………………………………………………1
第二章文獻回顧……………………………………………………………...……….2
2-1.超合金簡介 2
2-1-1.鎳基超合金 2
2-1-2鎳基超合金強化機構 5
2-2 銲接熱裂 6
第三章實驗方法……………………………………………………………………..19
3.1實驗材料 19
3.2實驗流程 19
3.3銲接製程 19
3.4 金相觀察 19
3.5成分分析 20
3.6硬度分析 20
3.7示差掃描量熱分析 20
第四章結果與討論…………………………………………………………….…….30
4-1銲件巨觀觀察 30
4-2顯微結構觀察 31
4-3顯微結構分析 32
4-4熱裂縫觀察 34
第五章結論…………………………………………………….…………………….63
參考文獻……………………………………………………………………………..64

表目錄
表2-1 超合金的應用 8
表2-2 鎳基超合金所含元素 10
表3-1 CF8不銹鋼基材、填料IN52M、IN52MSS、覆銲層308L化學成分表 21
表4-1 層狀生成物EPMA打點定量分析 49
表4-2 不同填料覆銲層硬度 58
表4-3 IN52M與IN52MSS 固化、液化溫度與兩相溫差 59

圖目錄
圖2-1 超合金的使用溫度與高溫機械性質之關係 9
圖2-2 鎳基合金金相組織結構及相組成 11
圖2-3 各種合金元素在1100°C時對Ni3Al固溶場大小之影響 12
圖2-4 差排通過γ/顆粒之兩種機構 13
圖2-5 各種合金元素對鎳基超合金常溫降伏強度之影響 14
圖2-6 銲接熱裂之種類 15
圖2-7 Solidification cracking 示意圖 16
圖2-8 Liquation cracking 示意圖 16
圖2-9 成分液化形成示意圖 17
圖2-10 成分液化示意圖 18
圖3-1 實驗步驟流程圖 22
圖3-2 銲線覆銲在基材上及試片切割位置示意圖 23
圖3-3 TIG350/500 氬銲機 24
圖3-4 光學顯微鏡(Olympus BX51) 25
圖3-5 掃描式電子顯微鏡Hitachi-3400 26
圖3-6 電子微探儀JXA-8200 27
圖3-7 電子背向繞射(Electron Back Scatter Diffraction, EBSD) 28
圖3-8 Matsuzawa MMT-X硬度試驗機 29
圖4-1 覆銲銲件示意圖(a)直接覆銲填料 (b)預先施以緩衝層再覆銲填料 (c)將表面施以重熔 36
圖4-2 IN52M填料直接覆銲於CF8A不銹鋼基材上視圖 37
圖4-3 IN52MSS填料直接覆銲於CF8A不銹鋼基材上視圖 38
圖4-4 IN52M填料預先覆銲308L不銹鋼緩衝層銲件上視圖 39
圖4-5 IN52MSS填料預先覆銲308L不銹鋼緩衝層銲件上視圖 40
圖4-6 (a)未銲308L橫截面 (b)預先覆銲一層308L (c)預先覆銲2層308L (d)預先覆銲2層308L並增加填入填料量 41
圖4-7 (a)填料IN52M未銲緩衝層 (b)填料IN52MSS未銲緩衝層 (c)填料IN52M預先覆銲緩衝層 (d)填料IN52MSS預先覆銲緩衝層橫截面金相微組織 42
圖4-8 (a)&(b)填料IN52M覆銲層表面 (c)&(d)填料IN52MSS覆銲層表面裂縫 43
圖4-9 (a)&(b)鎳基合金組織 (c)&(d)IN52M覆銲層晶界析出(e)&(f)IN52MSS覆銲層晶界析出物 44
圖4-10 (a)&(b)IN52M覆銲層晶界移動 (c)&(d)IN52MSS覆銲層晶界移動 45
圖4-11 (a)&(b)&(c) IN52M覆銲層熱裂縫附近之析出物 (d)&(e)&(f) IN52MSS 46
圖4-12 IN52M析出物EDS成分打點定量分析 47
圖4-13 IN52M析出物EPMA mapping分析 48
圖4-14 IN52MSS覆銲層層狀生成物 49
圖4-15 (a)&(b)IN52M晶界析出物 (c)&(d)IN52MSS晶界析出物 50
圖4-16 52MSS晶界析出物EPMA分析圖 51
圖4-17 52MSS層狀生成物SEM及EPMA圖(1) 52
圖4-18 52MSS層狀生成物SEM及EPMA圖(2) 53
圖4-19 52MSS層狀生成物SEM及EPMA圖(3) 54
圖4-20 覆銲層層狀生成物SEM對照與EBSD分析圖(1) 55
圖4-21 覆銲層層狀生成物SEM對照與EBSD分析圖(2) 56
圖4-22 覆銲層層狀生成物SEM對照與EBSD分析圖(3) 57
圖4-23 IN52M及IN52MSS差示掃描熱量法分析圖 59
圖4-24 52MSS破裂面巨觀(a)(b)、典型破裂柱狀晶(c)(d)、柱狀晶上之生成物(e)(f) 60
圖4-25 破裂面最終生成物EPMA分析圖(1) 61
圖4-26 破裂面最終生成物EPMA分析圖(2) 62

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