黃坤祥臺灣大學：材料科學與工程學研究所呂黃閔2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/55319摘　要 　　金屬射出成形適合製作形狀複雜的零件，與傳統鋼鐵冶金產品相比，有其一定的競爭優勢。然而粉末冶金產品的機械性質使其在應用上也有一些限制。因此本研究嘗試以MPIF-4605成分為基礎再添加錳、銅等元素，期找出適當的合金元素添加量，獲得最佳的機械性能。 　　本實驗以羰基鐵粉為基礎粉，添加合金元素粉，再加上7wt %黏結劑，經充分混煉後，以金屬射出成形法製作成試片，試片經脫脂後，置於真空爐中進行燒結。 　　結果顯示，添加0.25 wt %Cu 之合金系統的燒結體，其機械性質最佳，硬度約45.1HRC，抗拉強度約1960MPa，伸長率約3.15%，相對密度約95.7%。而為破壞鎳粉刺蝟狀外觀、減少鉬聚集現象的發生、增加合金元素均勻地混合，以達更佳之機械性能，球磨之粉末前處理是必須的。Abstract 　　Metal Injection Molding （MIM） process is a new technology suitable for the fabrication of small parts with complex shapes. But , few materials systems have been specifically developed for MIM. Thus, the objective of this study was to develop new alloys by adding different alloy elements. 　　This study used carbonyl iron powder as the base powder. The elemental powder additives include Ni, Cr, Mo, Cu and Mn. The admixed powder was kneaded with 7wt% binder. The feedstock was injection molded, solvent debound in heptane, and then thermally debound at 650℃, and then sintered in vacuum. 　　The results show that the best properties were attained after adding 0.25wt% Cu. The tensile strength is 1960MPa and elongation is about 3.15%. Due to the agglomeration of molybdenum, spiky shape of nickel, ball milling process was found to be helpful in attaining high and uniform mechanical properties.目　錄 摘要............................................................................................................i Abstract......................................................................................................ii 目錄………………………………………………...……………………iii 第一章 文獻回顧…………………..……………………………………1 1.1 碳的影響………………………………………………………...3 1.2 鎳的影響………………………………………………………...4 1.3 鉬的影響………………………………………………………...7 1.4 鉻的影響………………………………………………………...8 1.5 銅的影響………………………………………………………...9 1.6 錳的影響……………………………………………………….11 1.7 高強度合金鋼（High Strength Alloy Steel）的發展…………13 第二章 實驗………………………..………………………………..…14 2.1 實驗流程……………………………………………………….14 2.2 原料………………………………………………………….…15 2.2-1 基礎粉……………………………………………………..15 2.2-2 黏結劑……………………………………………………..19 2.3　混合方式及混煉…………………………………………….....20 2.4　成形………………………………………………………….…21 　2.5　脫脂………………………………………………………….…22 　　2.5-1　溶劑脫脂…………………………………………………..22 　　2.5-2　熱脫脂……………………………………………………..23 2.6　燒結…………………………………………………………….24 2.7　成份分析……………………………………………………….24 2.8　燒結密度的測量…………………………………………….…24 2.9　機械性質的測試……………………………………………….24 2.10　金相製備…………………………………………………...…25 2.11　測試儀器……………………………………………………...25 第三章 結果與討論………………..…………………………………..27 3.1 錳含量對於燒結體機械性質的影響………………………….27 3.2 銅含量對於燒結體機械性質的影響………………………….35 3.3 鉻含量對於燒結體機械性質的影響………………………….45 3.4 鉬含量對於燒結體機械性質的影響………………………….54 3.5 球磨的影響…………………………………………………….61 第四章 結論………………………..…………………………………..75 第五章 未來研究方向……………..…………………………………..77 參考文獻………………………………………………………………..78 表 目　錄 表2-1　羰基鐵粉之粉末特性…………………………………………15 表2-2　各合金粉之特性………………………………………………18 表2-3　316L 不銹鋼粉之粉末特性……..……………………………19 表2-4　鐵錳合金粉粉之粉末特性……………………………………19 表2-5　射出參數………………………………………………………21 圖 目　錄 圖1-1　不同合金元素對硬化能的影響………………………………..3 圖1-2　Fe-C之平衡相圖………………………………………………..4 圖1-3　Fe-Ni之平衡相圖…………..…………………………………..5 圖1-4　Kirkendall 效應示意圖…….…………………………………..6 圖1-5　Fe-Mo之平衡相圖…………….………………………………..7 圖1-6　Fe-Cr之平衡相圖…………..…………………………………..8 圖1-7　Fe-Cu之平衡相圖…………..……………………………..…..10 圖1-8　Fe-Mn之平衡相圖…………..………………………………...11 圖2-1　實驗流程圖………..………..………………………………....14 圖2-2　羰基鐵粉在SEM下之外觀……..…………………………....15 圖2-3　鎳粉在SEM下之外觀……..………………………………....16 圖2-4　銅粉在SEM下之外觀……..………………………………....16 圖2-5　鉬粉在SEM下之外觀……..………………………………....17 圖2-6　316L 不銹鋼粉在SEM下之外觀……..…..………………....17 圖2-7　鐵錳粉在SEM下之外觀……..……………………………....18 圖2-8　V型容器之示意圖…...……..………………………………....20 圖2-9　Σ型混煉機之示意圖……..…………………...……………....21 圖2-10　行星式球磨機之示意圖……..……………....……………....21 圖2-11　標準拉伸試棒之示意圖……..………….…...……………....22 圖2-12　溶脫曲線………………...…………………...……………....23 圖3-1　不同錳含量對抗拉強度的影響…….………...……………....27 圖3-2　不同錳含量對延性的影響………….………...……………....28 圖3-3　不同錳含量試片其相對密度……….………...……………....29 圖3-4　不同錳含量對硬度的影響…….……………...……………....29 圖3-5　不同錳含量對燒結體含碳量的影響……...…………...……..30 圖3-6　合金系統＋0.6Mn之顯微組織（低倍）….………...…….....31 圖3-7　合金系統＋0.6Mn之顯微組織（高倍）…………………….31 圖3-8　合金系統＋0.6Mn之顯微組織Fe之EDAX分析……….….32 圖3-9　合金系統＋0.25Mn破斷面（低倍）….……...……...……....32 圖3-10　合金系統＋0.25Mn破斷面（高倍）….……...……...……....33 圖3-11　合金系統＋0.6Mn破斷面（低倍）….……...……...……....33 圖3-12　合金系統＋0.6Mn破斷面（高倍）….……...……...……....34 圖3-13　不同銅含量對抗拉強度的影響…….……….……………....36 圖3-14　不同銅含量對延性的影響………….…..…...……………....37 圖3-15　不同銅含量試片其相對密度…..….………...……………....37 圖3-16　不同銅含量對硬度的影響……...…………...……………....38 圖3-17　不同銅含量對燒結體含碳量的影響……...…………...…....38 圖3-18　合金系統＋0.25Cu破斷面（低倍）….……...……...……....39 圖3-19　合金系統＋0.25Cu破斷面（高倍）….……...……...……....39 圖3-20　合金系統＋1.5Cu破斷面（低倍）….….…...……...……....40 圖3-21　合金系統＋1.5Cu破斷面（高倍）….….…...……...……....40 圖3-22-a　合金系統＋0.25Cu顯微組織……...….…...……...…….....41 圖3-22-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....41 圖3-22-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....42 圖3-22-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....42 圖3-23-a　合金系統＋1.5Cu顯微組織……...….…...……...………...43 圖3-23-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....43 圖3-23-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....44 圖3-23-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....44 圖3-24　不同鉻含量對抗拉強度的影響…….……….……………....46 圖3-25　不同鉻含量對延性的影響………….…..…...……………....46 圖3-26　不同鉻含量試片其相對密度…..….………...……………....47 圖3-27　不同鉻含量對硬度的影響……...…………...……………....47 圖3-28　不同鉻含量對燒結體含碳量的影響……...…………...…....48 圖3-29-a　合金系統＋0.4Cr顯微組織………..….…...……...…….....49 圖3-29-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....49 圖3-29-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....50 圖3-29-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....50 圖3-30-a　合金系統＋3.0Cr顯微組織……….….…...……...…….....51 圖3-30-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....51 圖3-30-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....52 圖3-30-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....52 圖3-31　合金系統＋0.4Cr破斷面…………….….…...……...……....53 圖3-32　合金系統＋3.0Cr破斷面………….….….…...……...……....53 圖3-33　不同鉬含量對抗拉強度的影響…….……….……………....54 圖3-34　不同鉬含量對延性的影響………….…..…...……………....55 圖3-35　不同鉬含量試片其相對密度…..….………...……………....55 圖3-36　不同鉬含量對硬度的影響……...…………...……………....56 圖3-37　不同鉬含量對燒結體含碳量的影響……...…………...…....56 圖3-38　合金系統＋0.4Mo破斷面…………….….…...……..……....58 圖3-39　合金系統＋1.0Mo破斷面………….….….…...…….……....58 圖3-40　合金系統＋0.4Mo破斷面鉬聚集EDAX分析………….….59 圖3-41　合金系統＋0.4Mo顯微組織………...….…...……...…….....59 圖3-42　合金系統＋1.0Mo顯微組織………...….…...……...…….....60 圖3-43　未球磨鎳粉之SEM外觀（低倍）…………………….…...62 圖3-44　未球磨鎳粉之SEM外觀（高倍）………………….……...62 圖3-45　合金粉末球磨1小時之SEM外觀….……………………...63 圖3-46　合金粉末球磨4小時之SEM外觀….……………………...63 圖3-47　合金粉末球磨7小時之SEM外觀….……………………...63 圖3-48　球磨對抗拉強度的影響…………….……….……………....64 圖3-49　球磨對延性的影響………….…..…...……………………....64 圖3-50　球磨對試片其相對密度的影響………...…...……………....65 圖3-51　球磨對硬度的影響……...…………………...……………....65 圖3-52　球磨對燒結體含碳量的影響……...…………………...…....66 圖3-53-a　合金系統＋0.25Mn未球磨之顯微組織.…............…….....67 圖3-53-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....67 圖3-53-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....68 圖3-53-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....68 圖3-54-a　合金系統＋0.25Mn球磨4小時之顯微組織.…........….....69 圖3-54-b　Mo Mapping…………………….….….…...……...…….....69 圖3-54-c　Ni Mapping…………………….….….…...…….....…….....70 圖3-54-d　Cr Mapping……………………...….….…...……...…….....70 圖3-55　鎳粉經球磨後之SEM外觀（低倍）……………………….71 圖3-56　鎳粉經球磨後之SEM外觀（高倍）……………………….72 圖3-57　球磨對抗拉強度的影響…………….……….……………....72 圖3-58　球磨對延性的影響………….…..…...……………………....73 圖3-59　球磨對試片其相對密度的影響………...…...……………....73 圖3-60　球磨對硬度的影響……...…………………...……………....74 圖3-61　球磨對燒結體含碳量的影響……...…………………...…....742469901 bytesapplication/pdfen-US金屬射出成形高性能合金鋼機械性質球磨metal injection moldinghigh performance steelsintering mechanical propertiesball millingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/55319/1/ntu-94-R92527061-1.pdf