添加鋁元素對超級變韌鐵之組織發展影響研究

Abstract

傳統的上變韌鐵在次平板間會產生硬脆的雪明碳鐵，在鋼鐵中添加約2 wt%的矽(Si)，並在過冷度大之環境下可以生成無碳化物析出之變韌鐵。此種組織主要由變韌鐵與富含碳的殘留沃斯田鐵所組成，並藉由大量的差排強化，因此具有良好的韌性與強度，稱為超級變韌鐵。在剪切相變態的機制中，由於周遭沃斯田鐵的塑性變形調適，形成的超級變韌鐵尺度約為40奈米。這種微小尺度的組織結構，造成了高強度的機械性質。殘留沃斯田鐵因具有高的碳濃度及高密度的差排造成的機械穩定，可被保留至室溫，帶給材料良好的韌性。但對商品化而言，先前研究指出長達5天甚至更多的熱處理時間，是為其缺點。本研究著重在鋁元素及矽元素對超級變韌鐵相變態速率的影響。矽元素會造成固溶強化，使得基地組織強度增高，本研究減少矽元素含量，檢視鋼材硬度結果達到穩定硬度的時間明顯的縮短，但也損失約7%左右的硬度。鋁元素亦會造成固溶強化，對超級變韌鐵相變態初期造成負面影響，但其固溶強化程度並無矽元素來得高。添加鋁元素增加超級變韌鐵相變態反應自由能差所帶來的另一效應，在超級變韌鐵束狀組織增多後能以更快的速率進行相變態。本研究三個成份試片皆在3天至5天後達到飽和狀態，但添加2 wt%鋁元素，在最終穩定狀態使得超級變韌鐵體積分率上升4個百分比。