黃坤祥臺灣大學：材料科學與工程學研究所吳明偉2007-11-262018-06-282007-11-262018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/55320傳統粉末冶金製程可大量生產淨形(net-shape)之機械或構造用零件，由於現今對機械零件之機械性質要求相當精密且嚴苛，故為了提升粉末冶金零件之競爭力，本研究分別探討氣氛、燒結溫度、合金元素、生胚碳含量及不同回火溫度對擴散型合金粉的影響，以期找出最佳的製程參數。 結果顯示，使用氮氫混合氣氛91％N2+9％H2、燒結溫度由1200℃提升到1250℃時並添加316L不Traditional powder metallurgy (P/M) process can produce economically net-shape mechanical or structural parts in quantity. To improve the competitiveness of P/M parts, this study investigates the influence of atmosphere, sintering temperature, alloying element, carbon content , and tempering temperature on the mechanical properties of diffusion-bonded steel powders. The results show that 91%N2+9%H2 atmosphere, 1250℃ sintering temperature, and adding 316L stainless steel powder will improve the mechanical properties of sintered parts. Increasing the carbon content from 0.6wt% to 0.8wt% is not helpful. Adding 316L stainless steel powder decrease slightly the carbon content of sintered parts and the heat-treated mechanical properties. Increasing tempering temperature from 180℃ to 230℃ can effectively increase the heat-treated mechanical properties. This study also investigates the microfracture behavior of sintered parts using an in-situ tensile test. It was found that the microcrack initiates at the Ni-rich ferrite grain boundary near the neck region and propagate easily along the boundary. The microstructure around pores and the heterogeneous structure can effectively delay crack nucleation and propagation and thus improve the mechanical properties of sintered parts.第一章 文獻回顧與研究動機 ………………………………… 1 1-1 鐵粉的燒結 ……………………………………………… 1 1-2 碳含量的影響與其控制 ………………………………… 2 1-3 鎳的角色 ………………………………………………… 6 1-3-1 鎳對燒結的影響 …………………………………… 6 1-3-2 鎳對機械性質的影響 ……………………………… 7 1-4 銅的角色 ………………………………………………… 9 1-4-1 銅對燒結的影響 …………………………………… 9 1-4-2 銅對機械性質的影響 ……………………………… 10 1-5 鉬的角色 ………………………………………………… 11 1-5-1 鉬對燒結的影響 …………………………………… 11 1-5-2 鉬對機械性質的影響 ……………………………… 11 1-6 鉻的角色 ………………………………………………… 13 1-6-1 鉻對燒結的影響 …………………………………… 13 1-6-2 鉻對機械性質的影響 ……………………………… 14 1-7 燒結硬化型高強度合金 ………………………………… 15 1-8 擴散型合金 ……………………………………………… 16 1-9 殘留沃斯田鐵對機械性質的影響………………………… 20 1-10 影響粉末冶金零件機械性質的要素 …………………… 22 1-10-1 密度 ……………………………………………… 22 1-10-2 成分 ……………………………………………… 24 1-10-3 微結構 …………………………………………… 25 1-10-3-1 孔洞 ………………………………………… 25 1-10-3-2 燒結體顯微組織 …………………………… 26 1-11 鐵系材料之顯微破壞機構 ……………………………… 28 1-12 研究動機 ……………………………………………… 32 第二章 實驗………………………………………………………… 34 2-1 實驗設計 …………………………………………………… 34 2-2 熱脫脂與燒結 …………………………………………… 37 2-2-1 熱脫脂 ……………………………………………… 37 2-2-2 燒結 ………………………………………………… 37 2-3 熱處理 ………………………………………………… 38 2-4 成分分析 ………………………………………………… 38 2-5 機械性質測試 …………………………………………… 38 2-6 密度實驗步驟 …………………………………………… 41 2-7 硬度實驗步驟 …………………………………………… 41 2-8 金相實驗步驟 …………………………………………… 41 2-9 顯微拉伸測試 …………………………………………… 42 2-9-1 試片準備 ………………………………………… 42 2-9-2 顯微拉伸試驗 …………………………………… 43 2-10 測試儀器 ………………………………………………… 44 第三章 粉末低合金鋼之強化製程結果 …………………… 45 3-1 密度的比較 …………………………………………………45 3-2 熱脫脂氣氛與燒結氣氛對於燒結體碳含量的比較 ………48 3-3 燒結後之顯微組織與合金元素的分佈 ……………………50 3-4 合金之均質化 ………………………………………………56 3-5 機械性質比較 ………………………………………………59 3-6 燒結後破斷面之觀察 ………………………………………62 3-7 熱處理後之顯微組織 ………………………………………64 3-8 熱處理後之機械性質比較 …………………………………66 3-9 熱處理後之破斷面觀察 ……………………………………68 3-10 不同回火溫度之機械性質比較 ………………………… 69 第四章 粉末低合金鋼之強化製程討論 ……………………72 4-1 燒結氣氛對燒結體之各種影響 ………………………… 72 4-1-1 對碳含量之影響………………………………………72 4-1-2 對合金均質化與顯微組織之影響……………………72 4-1-3 對燒結體機械性質之影響 ………………………… 72 4-1-4 實驗室燒結與工廠燒結所導致之差異 …………… 73 4-2 燒結溫度對燒結體之各種影響 ………………………… 73 4-2-1 對碳含量之影響 …………………………………… 74 4-2-2 對合金均質化與顯微組織之影響 ………………… 75 4-2-3 對燒結後機械性質之影響 ………………………… 76 4-2-4 對熱處理後機械性質之影響 ……………………… 77 4-3 生胚碳含量對燒結後機械性質之影響 ………………… 77 4-4 添加316L不25237824 bytesapplication/pdfen-US傳統粉末冶金動態拉伸試驗異質結構擴散型合金粉in-situ tensile testPowder metallurgydiffusion-bonded powderheterogeneous structurethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/55320/1/ntu-93-R91527045-1.pdf