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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃柏勳
研究生(外文):HUANG, BO-XUN
論文名稱:FeNiCoAlTaB形狀記憶合金顯微結構研究
論文名稱(外文):A Study on Microstructure of FeNiCoAlTaB shape memory alloys
指導教授:曾立維曾立維引用關係
指導教授(外文):TSENG,LI-WEI
口試委員:曾有志王可文曾立維
口試委員(外文):TSENG,YU-CHIHWANG,KE-WUNTSENG,LI-WEI
口試日期:2022-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
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:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:鐵基形狀記憶合金時效硬化顯微結構FeNiCoAlTaB
外文關鍵詞:FeNiCoAlTaBFe-based shape memory alloysaging heat treatmentmicrostructuretexture
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新型
Fe40.95Ni28Co17Al11.5Ta2.5B0.05 (at.%)鐵基形狀記憶合金由於有 13%超彈性回復應變和高於 1GPa的拉伸強度吸引商業和學術研究,本研究使用
光學顯微鏡、硬度試驗機、 X光繞射儀器和超導式量子干涉儀器探索
FeNiCoAlTaB新形狀記憶合金顯微結構特性。
FeNiCoAlTaB形狀記憶合金經過 24小時固溶熱處理條件和金
為均質化, XRD結果,固溶熱處理試片主要相為 fcc相,麻田散鐵相大幅
度減少 硬度隨時效硬化時間增加而增加 硬度數值在時效硬化溫度 600℃和 700℃條件下隨著時間增加而增加 由磁力結果 在時效硬化 700℃條件
下,當時效硬化時間由 6小時增加到 12小時,沃斯田鐵結束溫度由 43°C 增
加到 16°C,結果表示增加時效硬化時間轉換溫度提高試。
New Fe based Fe40.95Ni28Co17Al11.5Ta2.5B0.05 (at.%) shape memory alloys (SMAs) are attracted corporate and academic research because these alloys show 13% superelastic strain and above 1GPa tenisle strength. In this study, the microstructure of FeNiCoAlTaB are investigated by optical microscope, hardness tester, x ray diffraction (XRD) and superconducting quantum interference device (SQUID).
The FeNiCoAlTaB SMAs is homogeneous after solution heat treated at 1250℃for 24 hours. From the XRD results, the major phase is fcc in solution treated sample. The hardness values of aging temperatures 600°C and 700°C both increase with increasing the aging times. From the magnetic results, the austenite finish temperature increases from 43°C and
16°C when the aging times increase from 6 to 12 hours under 700°C aging temperature. The results indicate the martensitic transformation temperatures move to higher temperature when the aging times are increased.
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-1-1形狀記憶合金 1
1-1-2形狀記憶合金起源 2
1-1-3麻田散鐵轉換 2
1-1-5超彈性 4
1-1-6形狀記憶合金之記憶效應 6
1-1-7形狀記憶金屬的結構 8
1-2研究動機 9
1-3研究目的 14
1-4文獻回顧 15
第二章 實驗方法 24
2-1合金熔煉和單晶製程 24
2-2熱處理 28
2-2-1固溶熱處理 29
2-2-2時效硬化 29
2-3 金相實驗 30
2-4成份分析 31
2-5 X光繞射實驗 32
2-6硬度實驗 33
2-7磁力實驗 34
第三章 結果與討論 35
3-1 熱處理結果 35
3-1-1 FeNiCoAlTaB合金材料 35
3-1-2 FeNiCoAlTaB單晶材料 40
3-1感應耦合電漿質譜分析結果 45
3-3 XRD實驗結果 46
3-4硬度實驗結果 48
3-5拉伸測試結果 49
3-6磁力實驗結果與討論 53
3-7 FeNiCoAlTaB織構結果 54
第四章 結論 56
參考文獻 57
附錄A 59
附錄B 63

圖1-1 麻田散鐵轉換原子結構變化過程 2
圖1-2 原子結構(a)面心立方(b)六方最密堆積(c)體心立方結構 3
圖1-3 超彈性示意圖 4
圖1-4 Cu-39.8 at.%Zn在高於Ms 溫度之拉伸應力一應變關係曲線圖 5
圖1-5 Cu-39.8at.%Zn在高於Ms且不同溫度之拉伸應力-應變關係曲線圖 5
圖1-6 Ni-Ti合金的應力-應變-溫度圖 6
圖1-7 應變-溫度圖 7
圖1-8 鐵基形狀記憶合金FeNiCoAlTaB在室溫下的超彈性機械性質,其最大超彈性拉伸應變回復量為13.5%,圖C中鎳鈦基形狀記憶合超彈性拉伸應變回復量約為7% 10
圖1-9 FeNiCoAlTaB合金在不同溫度下固溶熱處理1小時的XRD圖 15
圖1-10 在不同溫度下進行固溶熱處理1小時的試樣循環拉伸應力-應變εse 超彈性應變,εt 總應變,εr 殘餘應變,εe 彈性應變 16
圖1-11 EBSD在固溶熱處理1250°C對於(a) 1h; (b) 2h; (c)4h試樣的晶粒形貌、晶粒取向和取向角分佈進行分析 17
圖1-12 三個時效溫度下硬度曲線 18
圖1-13 NCATB-HEA在700°C時效硬化下的光學顯微鏡圖像 18
圖1-14在室溫下拉伸之超彈性 19
圖1-15 FeNiCoAlTaB 線材的室溫循環超彈性行為 21
圖1-16 (a) 在不同溫度下獲得的超彈性曲線,顯示觀察到超彈性的寬溫度範圍 (b)顯示麻田散鐵開始應力和沃斯田鐵結束應力的溫度依賴性為5.4MPa /°C 22
圖2-1 熔煉合金後的棒材外觀: FeNiCoAlTaB 24
圖2-2 FeNiCoAlTaB和試驗棒材加工後矩形試棒 25
圖2-3 FeNiCoAlTaB 26
圖2-4 切割試片設備(a)大型切割機器和(b)鑽石刀片切割機器 27
圖2-5 封樣裝置 28
圖2-6 加熱爐 29
圖2-7 (a)雙盤拋光機和(b) Olympus金相顯微鏡 30
圖2-8 國立清華大學貴重儀器中心感應耦合電漿質譜分析儀 31
圖2-9 貴重儀器中心XRD設備: (a)中興大學X光繞射儀和(b)中山大學X光繞射儀 32
圖2-10 維克氏硬度試驗機(a)正面和(b)側面圖 33
圖2-11 國立清華大學貴重儀器中心超導磁性測量系統 34
圖3-1 FeNiCoAlTaB合金未經過熱處理顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 35
圖3-2 FeNiCoAlTaB多晶體材料經過1250℃-24小時熱處理的顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 36
圖3-3 時效硬化600°C條件下顯微結構結果: (a) 600°C-1H、(b) 600°C-3H、(c) 600°C-6H、(d) 600°C-12H、(e) 600°C-24H、(f) 600°C-48H、(g) 600°C-72H和(h) 600°C-96H) 37
圖3-4 時效硬化700°C條件下顯微結構結果: (a) 700°C-1H、(b) 700°C-3H、(c) 700°C-5H、(d) 700°C-6H、(e) 700°C-12H、(f) 700°C-18H、(g) 700°C-24H、(h) 700°C-48H、(i) 600°C-72H和(j) 600°C-96H) 39
圖3-5 FeNiCoAlTaB單晶材料未經過熱處理顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 40
圖3-6 FeNiCoAlTaB單晶材料經過熱處理(1250°C-5H)顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 41
圖3-7 FeNiCoAlTaB單晶材料經過熱處理(1250°C-24H)顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 42
圖3-8 FeNiCoAlTaB單晶材料經過熱處理(1300°C-24H)顯微結構結果: (a)5x和(b)10x 43
圖3-9 時效硬化600°C條件下顯微結構結果: (a)600°C-24H和(b)600°C-48H 44
圖3-10 FeNiCoAlTaB合金的XRD結果:未經過熱處理 46
圖3-11 FeNiCoAlTaB合金的XRD結果:經過固溶熱處理(1250°C -24H) 47
圖3-12 FeNiCoAlTaB合金在時效硬化溫度600°C與700°C下,不同時效硬化時間維克氏硬度測試結果 48
圖3-13時效硬化條件600°C -24H下的拉伸結果 49
圖3-14時效硬化條件600°C -48H下的拉伸結果 50
圖3-17磁力和溫度關係曲線: (a) 700°C-6H和(b) 700°C-12H 53
圖3-18 FeNiCoAlTaB合金未經過任何熱處理織構結果 54
圖3-19 FeNiCoAlTaB合金後經過1300°C-24H織構結果 54
圖3-20 FeNiCoAlTaB合金後經過1250°C-5H織構結果 55
圖3-21 FeNiCoAlTaB合金後經過1250°C-24H織構結果 55
表1-1 鐵基與鎳鈦的優缺點比較 10
表1-2研究流程 23
表2-1 FeNiCoAlTaB熔煉合金所需各個元素的重量配比表 24
表3-1 FeNioAlTaB熱處理條件1250°C-5H各個元素的分析結果 45
表3-2單晶體<110>方向時效硬化條件600°C -24H拉伸試片的機械性質 49
表3-3單晶體<110>方向時效硬化條件600°C -24H拉伸試片的機械性質 50
表3-4單晶體<110>方向時效硬化條件700°C-12H拉伸試片的機械性質 51
表3-5單晶體<110>方向時效硬化條件700°C-24H拉伸試片的機械性質 52



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