單秋成臺灣大學：機械工程學研究所鄭紹秋Cheng, Shao-ChiuShao-ChiuCheng2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61170工業所使用的大型構件中，因處在各種破壞機制之下而產生構件劣化、龜裂的現象，所以必須進行結構完整性分析或殘餘壽命評估，這些分析需掌握相關之材料機械性質。進行結構完整性分析，因無法由理論計算獲得，所以必須利用非破壞性或破壞性檢測，雖然破壞性檢測可取得更詳盡準確的資料，但其缺點為必須對構件進行取樣，影響構件之完整性，為了安全性的考量，使用非破壞性檢測或挖取構件上之少量樣品進行試驗，所以有必要開發小尺寸試片的技術。 本文研究針對壓痕法對數種系列材料做測試，驗證其泛用性，壓痕法計算之拉伸曲線與標準拉伸試驗之數據比較，利用適當之經驗公式校正以得到材料之拉伸性質。本實驗主要針對碳鋼、鈦合金、鋁合金和粉末冶金材料進行實驗，並對於文獻提供之材料參數和拉伸性質進行討論。 由於壓痕試驗機的設計，能達到體積小、待測物無須加工、材料無幾何形狀之限制等優點，且能達到縮短實驗時間，分析壓痕數據預估材料的拉伸性質。因為量測儀器體積小，所以使用壓痕法量測機械性質的技術是深具潛力，簡便且適合現場量測的非破壞性檢測材料機械性質方法，本文擬對此方法作深入探討。Mechanical equipments in the Industry often endure from various depredation mechanism, resulting in cracks and fractures. Therefore, it is necessary to test the solidity of mechanical properties of structures and its residual life. In order to test the subjects, we have to know the relevant mechanical properties of material first. The data of structure solidity and residual life can’t be obtained from theoretical calculation. They are often collected by doing destructive or non-destructive examinations. Although destructive examinations can offer more detail than non-destructive ones, the drawbacks of destructive without affecting the solidity of the whole structure. Thus, these samples must be small enough to avoid damages on the structure, which makes developing small specimen technology crucial and necessary. This research includes performing Ball Indentation Test on machines from several classifications of testing materials, increasing feasibility of wide range of materials, comparing the data from Ball Indentation Test to general mechanical examinations, and obtaining the mechanical properties of the unknown materials by applying appropriate experimental formulas. This research mainly focuses on materials like carbon-steel, Ti-alloy, Al-alloy and the metal of powder metallurgy. In addition, material factor and true-stress/true plastic strain curve mentioned in literatures are discussed. Therefore, the design of the Indentation Test machine has several advantages, such as smaller size of samplings and elimination of the surface process of material. Most importantly, we can shorten/decrease the time of experiment. In conclusion, Ball Indentation Test is potential, simple, and suitable for on-site measurement of non-fractural/destructive examination.誌 謝 i 摘 要 ii Abstract iii 目 錄 v 圖目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 1 1.3本文架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 壓痕法簡介 3 2.2 壓痕法的進行與資料分析 4 2.3 壓痕法計算拉伸性質之原理 5 2.3.1拉伸曲線計算 5 2.3.2降服強度計算 7 2.4 壓痕法之優點 8 2.5 壓痕法之侷限： 8 2.6 壓痕法之改善與材料參數α的預測 9 2.6.1真實應力-塑性應變使用Power Fit嵌合出n的方法求α 9 2.6.2施加力量-壓痕直徑使用Power Fit嵌合出m-2的方法求α 10 第三章 研究工具與實驗方法 13 3.1 前言 13 3.2 實驗方法 13 3.2.1 實驗材料 13 3.2.2 實驗規劃 13 3.2.3 拉伸實驗程序 14 3.2.4 壓痕法實驗程序 14 3.3 實驗設備簡介 16 3.3.1 儀器架設 16 3.3.2 伺服馬達壓痕試驗機 16 3.3.3 拉線式電阻尺 17 3.3.4 荷重元 18 3.3.5 移動式顯微鏡 18 3.3.6 碳化鎢球壓痕器 18 3.3.7 拉線式電阻尺校正 18 3.3.8 荷重元校正 19 3.3.9 雜訊濾除 19 第四章 實驗結果與討論 25 4.1 直接量測壓痕直徑計算拉伸曲線 25 4.1.1 量測壓痕直徑利用n，硬度估算材料參數α 25 4.1.2 量測壓痕直徑利用n、硬度計算σ0.2% 26 4.1.3 根據標準拉伸曲線調整材料參數α 27 4.1.4 量測壓痕直徑和施加力量誤差對計算拉伸曲線之影響 28 4.2 利用多點深度外插法計算拉伸曲線 30 4.2.1 多點外插壓痕深度轉換直徑和直接量測直徑之比較 30 4.2.2 多點外插壓痕深度轉換直徑利用n，硬度估算材料參數α 31 4.2.3 多點外插壓痕深度轉換直徑利用n、硬度計算σ0.2% 32 4.3 利用單點深度外插法計算拉伸曲線 32 4.3.1 單點外插壓痕深度轉換直徑利用n，硬度估算材料參數α 33 4.3.2 單點外插壓痕深度轉換直徑利用n、硬度計算σ0.2% 35 4.3.3 不同溫度熱處理和加入碳化矽含量對Al-6061拉伸曲線之影響 35 4.3.4 壓痕深度誤差對計算拉伸曲線之影響 36 4.4 利用不同方法計算材料參數α和σ0.2%比較 36 第五章 結論與未來工作 91 5.1 結論 91 5.2 未來工作 92 參考文獻 93 附錄A 96 附錄B 108 附錄C 115 附錄D 125 附錄E 131 附錄F 1532115979 bytesapplication/pdfen-US壓痕法拉伸曲線機械性質非破壞性檢測降服強度拉伸性質Indentation testpatial unloadingTensile propertyin-situ measurementNon-destructive testingyield strengththesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61170/1/ntu-96-R94522504-1.pdf