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研究生: 楊岡陵
Kang-ling Yan
論文名稱: 13錳-2.8鋁-1.2碳錳鋁鋼的相變化研究
The study of phase transformations of an Fe-13 Mn-2.8 Al-1.2 C steel
指導教授: 鄭偉鈞
Wei-Chun Cheng
口試委員: 雷添壽
Tien-Shou Lei
李驊登
Hwa-Teng Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 90
中文關鍵詞: M3C相變化穿透式電子顯微鏡
外文關鍵詞: M3C, phase transformation, TEM
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  • 本論文探討四元鐵-13錳-2.8鋁-1.2碳合金鋼在不同溫度下之相變化情形。合金先經1100℃固溶處理,再進行溫度為850℃以下的恆溫處理。利用分析儀器觀察後,確認本合金鋼於1100℃至850℃的溫度區間為單一的沃斯田體相,並無任何二次相的出現。在800℃時,於沃斯田體的晶界處發現M3C碳化物(C)以顆粒狀或條狀的形式析出,故形成M3C碳化物的上限溫度應介於850℃至800℃之間。當恆溫處理的溫度為700℃時,於合金鋼內發現由層狀M3C晶粒與肥粒體()晶粒所組成的波來體出現於沃斯田體基地內;所以,當溫度低於750℃時,於本合金內會有→(M3C+的共析反應發生。由於750℃以上生成的M3C碳化物為初析碳化物,故本合金鋼是屬於過共析鋼,而共析反應的最高溫度應介於750℃至700℃之間。經不同恆溫處理條件的觀察,判定波來體組織的恆溫變態曲線的鼻部溫度應介於575℃至550℃之間。


    We have studied the phase transformation of an Fe-13.4 Mn-2.84 Al-1.22 C steel. The steel was solution heat treated at 1100℃. We found the steel is single austenite at 1100℃ and in the as-quenched condition. After the solution heat treatment, the steel underwent the following annealing condition at temperatures ranging from 850℃ to 500℃. At the annealing temperature of 850℃, single austenite was discovered. We found M3C carbide appears at the austenite grain boundaries at temperatures below 800℃. Thus, the upper temperature limit for the appearance M3C carbide is between 850℃ and 800℃. The pearlite comprising of lamellae of ferrite and M3C carbide appears in the austenite matrix at annealing temperatures below 750℃. The pearlite formed as a result of a eutectoid reaction:   + M3C. The upper temperature limit for the eutectoid reaction is between 750℃ and 700℃. The nose temperature for the time-temperature-transformation curve is between 575℃ and 550℃.

    第一章 前 言1 第二章 文獻回顧3 2.1擴散型相變化3 2.2層狀反應4 2.3 合金鋼中之碳化物5 2.4 合金鋼中之波來體7 第三章 實驗方法19 3.1 合金熔煉19 3.2 鑄錠加工20 3.3 熱處理20 3.4 分析儀器21 3.5 試片製備流程24 第四章 結果與討論31 4.1低溫相變化31 4.2 M3C碳化物36 4.3 ( + M3C) 層狀組織37 4.4 鐵-13.8錳-1.36鋁-1.2碳錳鋁鋼的組成相39 第五章 結 論86 參考文獻88 表2.1 雪明碳體與肥粒體或沃斯田體之間的方位關係[10, 29]。12 表2.2 晶體結構及平面間距公式[02]。12 表2.3 12.5錳-5.54鋁-1.28碳合金鋼於沃斯田體基地內析出相的分佈情形[21]。13 表3.1 合金鋼之成份(wt.%)。27 表3.2 恆溫熱處理條件。27 表4.1 於不同溫度(℃)時,合金經TEM與SEM觀察沃斯田體基地內析出相的分佈情形。41 表4.2以TEM-EDS分析組成相的化學成份:(a)重量百分比(wt.%);b)原子百分比(at.%)42 表4.3 組成相成份內的金屬組成比例:(a) wt.%;(b) at.%。44 圖2.1 二元合金中析出相變化[1]14 圖2.2 共析型析出相變化[1]14 圖2.3 層狀組織形成順序示意圖[4]15 圖2.4 雪明碳鐵Fe3C之原子結構,其單位晶胞中有12個鐵原子及4個碳原子,黑色為碳原子,白色為鐵原子[26]。16 圖2.5 Bagaryatskii型關係[35]。16 圖2.6 初析雪明碳體是由(a)面對面;(b)邊緣對邊緣的激發形核所形成[37]。17 圖2.7 鐵碳平衡相圖[10]17 圖2.8 波來體三種成長機構之示意圖:(a)側向成核,(b)側邊成長,(c)分枝機制[8]。18 圖3.1 實驗分析流程圖。28 圖3.2 管狀熱處理爐示意圖。28 圖3.3 金相顯微鏡及掃描式電子顯微鏡試片製備流程。29 圖3.4 雙噴流電解拋光機示意圖。29 圖3.5 穿透式電子顯微鏡試片製備流程。30 圖3.6 離子銑薄機示意圖。30 圖4.1 合金於1100℃固溶熱處理後之觀察與分析:(a)和(b)不同倍率之金相圖;(c)X光繞射分析圖。46 圖4.2 (a)和(b)為合金經850℃恆溫熱處理後,不同倍率之金相圖。47 圖4.3 合金經800℃恆溫熱處理後之分析:(a)和(b)不同倍率之金相圖;(c)為X光繞射分析圖。48 圖4.4 同上圖合金的TEM分析:(a)明視野影像,圖中可觀察到M3C晶粒;(b)M3C晶粒之擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[100]。(C代表M3C碳化物)。49 圖4.5 同上圖熱處理條件之合金的SEM觀察:(a)和(b)不同倍率之SEI照片,可觀察到晶界上之M3C晶粒。50 圖4.6經750℃恆溫熱處理後,合金之金相觀察:(a)和(b)不同倍率之金相圖。51 圖4.7合金經700℃恆溫處理後之分析:(a)和(b)不同倍率之金相圖;(c)X光繞射分析圖,標底線為BCC肥粒體。52 圖4.8 同上圖合金之TEM分析(700℃):(a)明視野影像,圖中可觀察到層狀(+M3C);(b)M3C的擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[111]。53 圖4.9 經700℃恆溫熱處理後,合金之TEM分析:(a)明視野影像,圖中可觀察到層狀;(b)晶粒的[111]擇區繞射圖。54 圖4.10 (a)與(b)為SEI影像,(+M3C)層狀組織於沃斯田體基地內出現。本合金的恆溫處理溫度為700℃。55 圖4.11 於650℃恆溫處理後的合金觀察:(a)和(b)不同倍率之金相圖。56 圖4.12經600℃恆溫熱處理後,合金之觀察:(a)和(b)金相圖;(c)X光繞射分析圖。57 圖4.13 同上圖條件之TEM分析(600℃):(a) M3C波來體的明視野影像;(b)M3C之擇區繞射圖,晶帶軸方向為[101]。58 圖4.14 M3C波來體SEM觀察(600℃):(a)和(b)不同倍率之SEI影像。59 圖4.15 合金經600℃恆溫熱處理5小時後之觀察:(a)和(b)不同倍率之金相圖。60 圖4.16 合金經575℃恆溫熱處理後之觀察:(a)和(b)不同倍率之金相圖。61 圖4.17 合金經575℃恆溫熱處理5小時後之觀察:(a)和(b)不同倍率之金相圖。62 圖4.18 (a)和(b)合金經550℃恆溫處理後不同倍率之金相圖。63 圖4.19 (a)和(b)合金經550℃恆溫處理5小時後不同倍率之金相圖。64 圖4.20 (a)和(b)合金經525℃恆溫處理後不同倍率之金相圖。65 圖4.21 (a)和(b)合金經525℃恆溫處理5小時後不同倍率之金相圖。66 圖4.22經500℃恆溫熱處理後,合金之觀察:(a)和(b)金相圖;(c)X光繞射分析圖。67 圖4.23 同上圖熱處理條件合金之TEM分析:(a) M3C 層狀組織明視野影像;(b)圈選M3C 之擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[100]。68 圖4.24 同上圖熱處理條件合金之TEM分析:(a) M3C明視野影像;(b)M3C之擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[001]。69 圖4.25 M3C波來體SEM觀察(500℃):(a)和(b)不同倍率之SEI影像。70 圖4.26 合金在不同溫度下持溫5小時之金相觀察:(a) 600℃,(b)575℃,(c) 550℃, (d)525℃。71 圖4.27合金經800℃恆溫處理100小時之SEM觀察:(a)與(b)M3C碳化物不同倍率之SEI影像。72 圖4.28同上圖合金的TEM分析:(a)明視野影像,圖中可觀察到M3C晶粒;(b)M3C晶粒之擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[011]。73 圖4.29合金經700℃恆溫處理100小時之SEM觀察:(a)與(b) (+M3C)不同倍率之SEI影像。74 圖4.30 經700℃恆溫熱處理後,合金之TEM分析:(a)明視野影像,圖中可觀察到層狀;(b)晶粒的[111]擇區繞射圖。75 圖4.31 M3C波來體SEM觀察(600℃):(a)和(b)不同倍率之SEI影像。76 圖4.32 同上圖條件之TEM分析(600℃):(a) M3C波來體的明視野影像;(b)為M3C波來體之擇區繞射圖,晶帶軸方向為[111]。77 圖4.33 同上圖條件之TEM分析(600℃):(a) (M3C+)波來體的明視野影像;(b) (M3C+)波來體之擇區繞射圖,顯示方位關係為:[010]C// [111]a ; (103)C //(011)a。78 圖4.34 M3C波來體SEM觀察(500℃):(a)和(b)不同倍率之SEI影像。79 圖4.35 同上圖熱處理條件合金之TEM分析:(a) M3C 層狀組織明視野影像;(b)M3C之擇區繞射圖,其晶帶軸方向分別為[100]。80 圖4.36 同上圖熱處理條件合金之TEM分析:(a) M3C明視野影像;(b)M3C之擇區繞射圖,其晶帶軸方向為[001]。81 圖4.37 (a)和(b)鐵-13.8錳-1.36鋁-1.2碳錳鋁鋼在800℃下不同倍率之金相圖。82 圖4.38 (a)和(b)鐵-13.8錳-1.36鋁-1.2碳錳鋁鋼在700℃下不同倍率之金相圖。83 圖4.39 (a)和(b)鐵-13.8錳-1.36鋁-1.2碳錳鋁鋼在600℃下不同倍率之金相圖。84 圖4.40 (a)和(b)鐵-13.8錳-1.36鋁-1.2碳錳鋁鋼在500℃下不同倍率之金相圖。85

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