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 T

EM)

Table1 鉻鎳鐵合金 718 （重量％）成分。

實驗步驟1. 製作標準試片• SE 標準試片與 NS 標準試片的製作。

2. 洛氏硬度試驗。3. 拍攝晶相組織圖。4. 潛變測試。

SE 試片的熱處理週期圖

Fig.1. SE 樣本熱處理週期

產生鋸齒晶界。

爐冷

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。

NS 試片的熱處理週期圖Fig.2. NS 樣本熱處理週期

未產生鋸齒晶界。

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。

• 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。

Table2SE 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。

• 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 )

結論1. 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。1. 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。

2. ( 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 )