鋸齒形晶界對鉻鎳鐵合金的抗潛變性質影響

鋸齒形晶界對鉻鎳鐵合金的抗潛變性質影響 碩延機械一甲 MA110111 邱奕善

摘要 • 鋸齒形晶界對鉻鎳鐵合金的潛變之研究，並觀察熱處理後的晶界狀態。(XRD，DSC，SEM和TEM) Table1 鉻鎳鐵合金718（重量％）成分。

實驗步驟 • 製作標準試片 • SE標準試片與NS標準試片的製作。 • 洛氏硬度試驗。 • 拍攝晶相組織圖。 • 潛變測試。

SE試片的熱處理週期圖 Fig.1.SE樣本熱處理週期 SE試片製作在1095°C做固溶熱處理-1hr，於850°C時進行爐冷-4hr，完成的SE試片有鋸齒形的晶界。爐冷產生鋸齒晶界。

NS試片的熱處理週期圖 Fig.2.NS樣本熱處理週期 NS的試片製作在850°C做固溶熱處理-4hr，完成的試片無鋸齒形晶界。未產生鋸齒晶界。

Fig.8. SE試片、NS試片進行的 X光繞射分析，具有相同的成分。

SE鋸齒狀晶界 Fig.3. 鋸齒晶界 SE試片的晶粒組織圖， (光學顯微鏡圖像) 可以觀察圖中的晶界較粗，而且呈現鋸齒狀。

NS無鋸齒狀晶界 Fig.4. 無鋸齒晶界 NS試片的晶粒組織圖， (光學顯微鏡圖像) 可以觀察圖中的晶界細小，但晶界無鋸齒(直)。

圖中析出物與鋸齒形晶界 • 進行熱處理的SE，於爐冷時會在δ相產生析出物，並延著晶體做緊密堆積，讓晶界變成鋸齒形。 • 由於NS的δ相析出物非常小，幾乎不會對晶界產生影響，所以NS不會產生鋸齒形晶界。 Fig.7.δ相在晶粒邊界的析出物。

Fig.5. SE樣本 SE試片的組織圖， (掃描電子圖像) 圖中的晶界處，有一些δ相的析出物。

Fig.6. NS樣本 NS試片的組織圖， (掃描電子圖像) 圖中的晶界處，能看到有一些δ相析出物，非常細小。

Table2 SE平均晶粒120.77µm<NS平均晶粒165.18µm 因為SE在熱處理的時候，晶界的移動會受到晶界上的析出物阻擋，阻礙了晶粒的成長。

潛變試驗 • SE於1600hr斷裂，比NS於1200hr斷裂還要多出400hr。 • 所以鋸齒形晶界能夠增強鉻鎳鐵合金的抗潛變特性。 Fig.10.SE與NS的潛變曲線

潛變曲線於300hr時，SE與NS都達到最小的 潛變應變率。 (第一階段潛變) • 放大上張潛變的曲線圖，顯示300hr，SE與NE開始偏離，雖然不影響第一、二階段潛變，但會對第三階段潛變造成引響。 Fig.10.SE與NS的潛變曲線 • SE的鋸齒形晶界會阻礙晶界本身的移動，能夠延長材料進入第三階段潛變的時間，因此增加材料的抗潛變性。

整理 • Table2中 SE的硬度(42.44HRC)比起NS的硬度(39.7HRC)稍高，是因為SE的晶粒比NS還小。 • 通常，較小的晶粒一般會更快發生潛變，以及更明顯的晶界滑移。但SE卻比NE更能抵抗潛變。是因為鋸齒形晶界能夠延後第三階段潛變，使較小晶粒的SE能夠抵抗潛變。 • 雖然鋸齒形晶界能夠提高潛變特性，但之前的潛變曲線圖卻暗示著材料不適合長時間放在700°C的環境。硬度

通常，較小的晶粒一般會更快發生潛變，以及更明顯的晶界滑移。但SE卻比NE更能抵抗潛變。是因為鋸齒形晶界能夠延後第三階段潛變，使較小晶粒的SE能夠抵抗潛變。通常，較小的晶粒一般會更快發生潛變，以及更明顯的晶界滑移。但SE卻比NE更能抵抗潛變。是因為鋸齒形晶界能夠延後第三階段潛變，使較小晶粒的SE能夠抵抗潛變。 • 雖然鋸齒形晶界能夠提高潛變特性，但之前的潛變曲線圖卻暗示著材料不適合長時間放在700°C的環境。 • (到第三階段潛變)

在熱處理過程中，鉻鎳鐵合金的δ相會 析出並生長形成鋸齒形晶界。鋸齒形晶界不影響第一、二階段潛變行為；但能延後第三階段潛變，降低應變速率。 (稍微)能在固溶熱處理中促使形成鋸齒型晶界讓鉻鎳鐵合金增加30%壽命。 (潛變斷裂) 結論

鋸齒形晶界 對 鉻鎳鐵合金 的抗 潛 變性 質 影響