郭真祥臺灣大學：工程科學及海洋工程學研究所施朝清Shih, Chao-ChingChao-ChingShih2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50998鈦金屬於五十年前開始正式生產，剛開始時，由於材質特殊，被稱為夢幻金屬(DREAM METAL)，這主要是因為鈦合金具有質輕、高強度以及良好之耐蝕性等特性，因而被廣泛的應用於航太、造船、3C等工業用途上。近來許多研究發現，鈦合金在人體具有良好之親和性(不和人體發生反應)，後續的發展更被廣泛的應用於生醫材料領域中。 本研究主要是針對純鈦Grade2(簡稱ET2)以及Ti-6Al-4V(一般簡稱64鈦或ET5)，從實際生產線投產經驗，去發現並找出鈦合金之鍛造、輥軋等製程特性。同時結合six sigma(6σ)之改善分析手法，利用Minitab 統計分析軟體，並經由實際的實驗規劃，去解決鈦合金於實際軋延時之表面品、金相組織以及產率不佳等問題。 藉由本論文，希望在後續鈦合金的研發工作上，為台灣在特殊合金產業開發的舞台上盡一番心力，為國內鈦合金後加工製造廠商提供一條屬於MIT(Made in Taiwan)的鈦合金素材產業道路。The production of The Titanium metal has begun 50 years ago. At the beginning, it was known as “dream metal” because of its special material properties. Since the Titanium alloy has some excellent properties such as lightweight, high strength and good corrosion resistant characteristic, it is widely applied in aerospace industry, shipbuilding industry, 3C industry, etc.. Many recent researches have shown that the Titanium alloy is affine to the human body, so it finds extensive applications in the area of the biomaterials. The purpose of this paper is to deal with the pure Titanium Grade2 and Ti-6Al-4V. Based on the experiences in the production lines, we try to find out the manufacture characteristics of the Titanium alloy in the processes of forging and rolling-mill. In the same time, with the aid of the six sigma method for quality improvement, we use “Minitab” statistical analysis software in combination with plans for experiment to solve the problems such as defect of surface quality, flaws in metallographic properties and bad production rate. With this paper, we hope the research and development concerning the Titanium alloy will make some contribution to the special alloy industry in Taiwan. Further, we hope that the Titanium industry in Taiwan can even come to fame in the world in the future.致謝…………………………………………………………………… 一 摘要…………………………………………………………………… 二 Abstract……………………………………………………………… 三 目錄…………………………………………………………………… 四 圖例目錄……………………………………………………………… 八 圖表目錄……………………………………………………………… 十 第一章 諸論………………………………………………………… 1 1.1 研究背景…………………………………………………… 1 1.2 研究方向…………………………………………………… 3 1.3本文架構…………………………………………………… 3 第二章 軋鋼基本原理簡介…………………………………………… 4 2.1 延伸(Elongation)………………………………………… 4 2.2 橫擴(Spread) ………………………………………… 5 2.3 接觸弧長(Arc of Contact) ………………………… 5 2.4 接觸角(Angle of Contact) ………………………… 6 2.5 咬角(Angle of Bite) ………………………………… 6 2.6 摩擦力(Frictional Force) ………………………… 7 2.7 咬角和摩擦係數之關係 ……………………………… 9 2.8 向前滑移及向後滑移(Forward & Backward Slip) … 10 2.9 彈距(Spring) ………………………………………… 11 2.10 輥軋有效直徑(Effective Roll Diameter) ……… 11 2.11 連續式軋延(Continuous Rolling) ………………… 12 2.12 軋輥間隙(Roll Gap) ………………………………… 13 2.13 軋延速度 ……………………………………………… 13 2.14 軋延力 ………………………………………………… 14 第三章 純鈦及Ti-6Al-4V鈦合金材質簡介……………………… 15 3.1 純鈦材質特性簡介………………………………………… 15 3.2 Ti-6Al-4V材質特性簡介………………………………… 20 3.3 鈦合金α-layer材質特性簡介…………………………… 22 3.3.1層狀α組織……………………………………………… 22 3.3.2等軸α組織……………………………………………… 23 3.3.3晶界連續α組織………………………………………… 23 3.4 鈦合金α-case與氧化層簡介…………………………… 24 3.5 鈦合金α-case 生成機制………………………………… 26 3.5.1 板狀α-case 之生成………………………………… 27 3.5.2 質點狀α-case 之生成……………………………… 28 第四章 純鈦及Ti-6Al-4V熱軋特性分析………………………… 30 4.1 鈦合金鍛造製程簡介 …………………………………… 30 4.2 鈦合金熱軋製程簡介 …………………………………… 31 4.3 純鈦及Ti-6Al-4V熱軋特性分析……………………… 32 4.3.1 純鈦及Ti-6Al-4V鈦合金表面缺陷分析…………… 32 4.3.2表面疊層缺陷(Lap crack, LC)……………………… 33 4.3.3表面裂紋(Surface crack, SC)……………………… 35 4.3.4表面凹陷(Surface negative, SN)…………………… 37 4.3.5開口笑(Open crack, OC)……………………………… 38 4.3.6 Ti-6Al-4V金相顯微組織分析………………………… 41 第五章 實驗規劃…………………………………………………… 43 5.1鋼胚研磨實驗……………………………………………… 43 5.1.1 實驗目的………………………………………………… 43 5.1.2 實驗設計………………………………………………… 43 5.1.3 實驗成果………………………………………………… 44 5.2 Ti-6Al-4V開口笑實驗…………………………………… 46 5.2.1實驗目的………………………………………………… 46 5.2.2實驗計劃………………………………………………… 46 5.2.3 實驗結果………………………………………………… 47 5.2.3.1 XRF分析結果………………………………………… 47 5.2.3.2 SEM/EDS分析結果…………………………………… 48 5.3 純鈦退火處理實驗………………………………………… 49 5.3.1實驗目的 ………………………………………………… 49 5.3.2實驗設計 ………………………………………………… 49 5.3.3實驗結果 ………………………………………………… 50 5.4 加工溫度與金相關係實驗………………………………… 51 5.4.1 實驗目的………………………………………………… 51 5.4.2 實驗計劃………………………………………………… 51 5.4.3 分析結果………………………………………………… 51 5.4.3.1 多重線性迴歸分析(GLM)結果……………………… 51 5.4.3.2 MV圖(Multi-Vari Chart)分析……………………… 52 第六章 結論與未來展望…………………………………………… 54 6.1 結論 ……………………………………………………… 54 6.2 未來展望 ………………………………………………… 55 參考文獻 …………………………………………………………… 564348982 bytesapplication/pdfen-US輥軋熱軋純鈦鈦合金TitaniumTi-6Al-4Vpure Titaniumrolling-millthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50998/1/ntu-94-R89525002-1.pdf