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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 黃坤祥 | |
dc.contributor.author | Bor-Yuan Chen | en |
dc.contributor.author | 陳柏源 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-17T00:44:35Z | - |
dc.date.available | 2017-02-16 | |
dc.date.copyright | 2012-02-16 | |
dc.date.issued | 2012 | |
dc.date.submitted | 2012-01-10 | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/66583 | - |
dc.description.abstract | 鈦和鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、生物相容性佳以及高溫機械性質優良等特性,而利用粉末冶金製程可以製造幾何形狀複雜、組織結構均勻、高性能之淨形工件,因此利用粉末冶金製程製作鈦合金結構件具有相當大之誘因。
本研究所使用之基礎粉末為氣噴霧純鈦粉、細氫化鈦粉和粗氫化鈦粉,在添加之合金元素方面則為Nb、Ta、Mo、Si、Cu、Ni、Fe (CM羰基鐵粉)、Co和Sn等元素粉。研究結果顯示純鈦粉之延展性與雜質含量等性質皆優於氫化鈦粉,添加Nb、Ta、Mo、Cu和Sn合金元素可改善氫化鈦粉燒結工件之延展性,而在強度方面,添加Fe合金元素之氫化鈦粉或純鈦粉燒結工件皆具有最佳之強化效應。在1150℃持溫2小時條件下,使用鈦粉之純鈦與鈦合金燒結工件之密度皆可達到95%以上,且碳/氧含量分別低於0.10 與0.40 wt%。在快速冷卻製程下,Ti-7Fe之拉伸強度與伸長量分別為916 MPa和13%,此與退火後Ti-6Al-4V鑄鍛件之性質相近,若經740℃持溫24小時之熱處理,拉伸強度與伸長量則為976 MPa和12%,此Ti-7Fe之性質又與所用鐵粉有關。而在三元合金系統開發結果方面,Ti-7Fe-5Sn具有最佳之拉伸性質(1077 MPa和6%)。綜合上述實驗結果得知β相之體積分率、合金固溶量與α二次相析出等顯微組織將影響鈦合金之機械性質。 在TiC/Ti-7Fe鈦合金研究結果方面,OM與OS羰基鐵粉中的碳可快速均勻擴散至鈦基地中,形成微米級與奈米級TiC散佈強化之效應,此雙重效應為直接添加TiC所無法達到之效果。添加7 wt% OS羰基鐵粉製作TiC/Ti-7Fe鈦合金複合材之機械性質為1007 MPa的拉伸強度和10%的延性。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Powder metallurgy (PM) titanium alloys have been widely applied in the automobile, military, and biomedical industries due to its high specific strength, excellent corrosion and oxidation resistance, moderate strength at high temperatures, good biocompatibility, and low manufacturing cost.
This study examined the sintered properties of gas atomized pure titanium powder and titanium hydride powder. The gas atomized powder exhibited the best results. Also investigated are the effects of Nb, Ta, Mo, Si, Cu, Ni, Fe (CM carbonyl iron powder), Co, and Sn alloying powders on the mechanical properties and microstructures of α + β titanium alloys. The results indicated that all sintered alloys reached relative densities of 95% or higher, and the contents of carbon and oxygen were low at 0.10 and 0.40 wt%, respectively. The sintered Ti-7Fe using furnace cooling followed by fan cooling had a high tensile strength of 916 MPa, and the elongation was 13%. These properties are similar to those of the annealed wrought Ti-6Al-4V. With isothermal holding at 740 ℃ for 24 hours prior to fan cooling, the tensile strength further increased to 976 MPa, and the elongation was 12%. Moreover, Ti-7Fe-5Sn showed the best tensile properties in ternary systems with about 1077 MPa tensile strength and 6% elongation. The results suggest that large amounts of β phase with high iron content and fine precipitates within β phase will provide a good combination of strength, hardness, and elongation. For TiC/Ti-7Fe alloys, the highest tensile strength (1007 MPa) and hardness (34 HRC) were produced by using pure titanium and OS carbonyl iron powders due to the presence of in situ formed TiC, and SiO2 particles in the as-received OS iron powder. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-17T00:44:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-101-D94527014-1.pdf: 33863056 bytes, checksum: a7efb14e2317457f21cd9848e51a9176 (MD5) Previous issue date: 2012 | en |
dc.description.tableofcontents | 摘要 I
Abstract II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 VIII 第一章 簡介 1 第二章 文獻回顧 4 2.1 前言 4 2.2 鈦金屬 4 2.2.1 物理性質、機械性質與變形性質 4 2.2.2 雜質成分對鈦金屬性質之影響 6 2.2.3 應用領域 8 2.3 合金元素 9 2.3.1 添加α相穩定元素系統 10 2.3.2 添加β相穩定元素系統 10 2.3.2.1 β類質同形系統 11 2.3.2.2 β快速共析系統 12 2.3.2.3 β緩慢共析系統 13 2.3.3 其他合金元素系統 14 2.3.4 Ti-X合金系統之二元相圖 15 2.4 α+β鈦合金 20 2.4.1 Ti-Fe合金之性質與應用 21 2.4.2 熱處理條件對鈦合金機械性質與顯微組織之影響 21 2.5 鈦合金複合材料 27 2.5.1 TiB/Ti鈦合金 27 2.5.2 TiC/Ti鈦合金 29 2.5.3 其他類型之鈦合金複合材 32 2.6 鈦合金工件之製程 34 2.6.1 乾壓燒結與金屬射出成形製程之優勢與發展瓶頸 35 2.6.2 基礎粉末選擇 36 2.6.3 高分子黏結劑選擇 38 2.7 鈦合金工件之抗腐蝕性質 38 2.8 研究目的 42 第三章 實驗步驟 44 3.1 基礎粉末與骨架黏結劑之評估 44 3.1.1 基礎粉末選用之評估 44 3.1.2 骨架黏結劑選用之評估 47 3.2 添加β相穩定元素對鈦合金工件性質之影響 48 3.2.1 以氫化鈦粉作為基礎粉之鈦合金性質評估 49 3.2.2 以純鈦粉作為基礎粉之鈦合金性質評估 52 3.3 合金元素添加量對Ti-(Nb、Ta、Mo、Fe)二元合金系統性質之評估 53 3.4 冷卻速率與熱處理條件對Ti-Fe合金性質之影響 54 3.5 針對Ti-7Fe-(Ta、Sn)三元合金系統性質之評估 56 3.6 碳粉與硼粉添加量對Ti-7Fe鈦合金性質之評估 57 3.7 不同形式之碳源對TiC/Ti-7Fe鈦合金性質之影響 59 3.8 鈦合金抗腐蝕性質之評估 61 3.9 熱力學計算軟體(Thermo-Calc) 62 3.10 實驗儀器 63 第四章 實驗結果:基礎粉末與合金元素對機械性質之影響 64 4.1 基礎粉末與骨架黏結劑之評估 64 4.1.1 基礎粉末選用之結果 64 4.1.2 骨架黏結劑選用之結果 69 4.2 添加β相穩定元素對鈦合金工件性質之影響 79 4.2.1 以氫化鈦粉作為基礎粉之鈦合金性質 79 4.2.2 以純鈦粉作為基礎粉之鈦合金性質 84 4.3 討論 88 第五章 實驗結果:合金元素添加量對Ti-(Nb、Ta、Mo、Fe)系統性質之影響 90 5.1 合金元素添加量對燒結密度與雜質含量之影響 90 5.2 合金元素添加量對顯微組織與機械性質之影響 93 5.3 快速冷卻對Ti-xTa顯微組織之影響 101 第六章 實驗結果:冷卻速率與熱處理條件對Ti-Fe合金性質之影響 106 6.1 冷卻速率與熱處理條件對雜質含量與燒結密度之影響 106 6.2 冷卻速率與熱處理條件對顯微組織之影響 108 6.3 冷卻速率與熱處理條件對機械性質之影響 117 6.4 討論 122 第七章 實驗結果:Ti-7Fe-X三元合金系統開發之結果 125 7.1 添加Ta和Sn合金元素對Ti-7Fe (CM羰基鐵粉)性質之影響 125 7.1.1 燒結密度與機械性質 125 7.1.2 顯微組織 128 7.2 添加Ni和Co合金元素對Ti-7Fe (OS羰基鐵粉)性質之影響 131 7.2.1 燒結密度與機械性質 131 7.2.2 顯微組織 133 7.3 討論 135 第八章 實驗結果:硼及碳對Ti-7Fe鈦合金性質之研究 137 8.1 碳粉與硼粉添加量對Ti-7Fe鈦合金複合材性質之影響 137 8.1.1 添加碳粉與硼粉對Ti-7CM生胚與燒結密度之影響 137 8.1.2 顯微組織之變化 139 8.1.3 機械性質 141 8.2 不同羰基鐵粉對TiC/Ti-7Fe鈦合金性質之影響 144 8.2.1 燒結密度與碳/氧雜質含量之影響 144 8.2.2 顯微組織 145 8.2.3 熱力學理論計算相圖 158 8.2.4 機械性質 159 8.2.5 極化曲線 161 8.3 討論 165 第九章 綜合討論 168 9.1 合金元素與燒結條件對鈦合金性質之影響 168 9.2 燒結溫度對雜質含量之影響 170 9.3 Ti-7Fe-X之三元合金設計對拉伸性質的影響 172 9.4 熱處理製程對Ti-7Fe與TiC/Ti-7Fe拉伸性質之影響 172 9.5 製程參數之綜合討論 174 第十章 結論 177 參考文獻 180 作者簡介 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | β相穩定元素與熱處理製程對α+β鈦合金機械性質與顯微組織之影響 | zh_TW |
dc.title | Effects of β Stabilizers and Heat Treatment on the Mechanical Properties and Microstructure of α + β Titanium Alloys | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 100-1 | |
dc.description.degree | 博士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 陳鈞,林招松,朱建平,王星豪 | |
dc.subject.keyword | α+β鈦合金,Ti-Fe合金,冷卻速率,熱處理, | zh_TW |
dc.subject.keyword | α + β Titanium Alloy,Ti-Fe Alloy,Cooling Rate,Heat Treatment,Titanium Matrix Composites, | en |
dc.relation.page | 194 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2012-01-10 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 材料科學與工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 材料科學與工程學系 |
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