學位論文
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Item 熱處理與稻殼燃燒灰質微粒添加對AA5052與AA6061鋁合金摩擦攪拌異質接合之效應研究(2020) 吳政德; Wu, Zheng-De本研究使用摩擦攪拌銲接製程應用於AA5052與AA6061鋁合金之異質對接，攪拌工具使用高速鋼材質，攪拌桿與機台主軸之傾斜角設定為2度，探討不同轉速與進給對銲件接合性質之影響。為了改善接合品質，本研究針對銲接件進行銲後熱處理，並於攪拌區加入稻殼燃燒灰質微粒，再針對接合成功之銲接件進行顯微組織與機械性質分析。 實驗結果顯示，在接合攪拌區兩種合金產生混合效果，達到有效接合，並有晶粒細化現象，而在熱影響區則發生晶粒粗大化。硬度量測結果發現銲道整體硬度低於原始母材，且在AA6061熱影響區之硬度最低，約為50 Hv，拉伸試驗之試片均於此處斷裂。當主軸轉速為1600 rpm、進給速度為40 mm/min時，可以獲得較佳之機械性質，抗拉強度為172.7 MPa，最大延伸率為10.3%。為提升銲接件之機械性質，本研究分別於銲後實施160℃持溫12小時之T5熱處理與530℃持溫1.5小時後再進行160℃持溫12小時之T6熱處理，硬度分析結果顯示T5熱處理可以提升AA6061側攪拌區之硬度達100 Hv左右，但對於熱影響區及AA5052側攪拌區之硬度則無明顯提升，銲接件之抗拉強度稍有提升，但延伸率略降，試片斷裂處仍在AA6061側之熱影響區。經T6熱處理後AA6061側攪拌區與熱影響區之硬度均提升至130 Hv左右，示差掃描熱分析(DSC)的結果顯示有析出物形成，拉伸試片的斷裂處則為銲道中央部位。另一方面，於攪拌區混入稻殼燃燒灰質微粒，分別經1~4次的摩擦攪拌製程，經T6熱處理後可以提升攪拌區的硬度，SEM/EBSD分析的結果顯示具有晶粒細化的效果，經混入稻殼燃燒灰質微粒後重複攪拌2~4次的試片，拉伸後於AA5052側斷裂，抗拉強度最高可以提升到211 MPa，延伸率則提升至12.6%左右。Item 純鈦與6061鋁合金摩擦攪拌異質接合之機械性質與抗腐蝕特性研究(2019) 郭承典; Kuo, Chen-Tien本研究使用摩擦攪拌銲接的技術搭配對接及搭接兩種方式用於純鈦與6061鋁合金之異質接合，摩擦攪拌銲接利用高速鋼作為攪拌棒，攪拌棒之傾斜角設定為2∘，探討在不同主軸轉速及進給速度下對於銲道性質之影響，將各成功接合之試片進行顯微組織及機械性質測試，並進行元素分布分析，最後進行殘留應力量測及抗腐蝕能力分析。 實驗結果顯示對接時主軸轉速設定1000 rpm、進給速度100 mm/min可以得到較好的銲道性質；搭接時則是主軸轉速設定1200 rpm、進給速度120 mm/min可以得到較好的銲道性質，兩種接合方法比較時，對接比起搭接可以獲得更好的抗拉強度。除此之外，兩種銲接方式都在攪拌區可以觀察到晶粒細化的效果，但是熱影響區晶粒較大，使熱影響區有硬度下降的趨勢，造成對接試片會在熱影響區發生斷裂；在搭接時兩種材料界面會形成硬脆的介金屬化合物，其硬度將近300HV高於純鈦母材，由於硬度高、延性差因此搭接試片斷裂時會發生在接合界面處。進行殘留應力量測發現摩擦攪拌銲接試片與典型的對接殘留應力相反，在銲道處顯示為壓應力。銲接件抗腐蝕能力的部分，銲道的攪拌區由於晶粒細化的緣故，其抗腐蝕性能優於其他區域。Item 316L不銹鋼與Inconel 600合金異質銲接之機械性質與抗腐蝕特性研究(2017) 游揚升; You, Yang-Sheng壓水式反應器的管路設備必須承受高溫高壓外，亦受水的化學作用與腐蝕的影響，因此經常使用具有高溫耐蝕性及高溫機械性質的不銹鋼或鎳基超合金做為結構件或管件材料，在較嚴苛的環境使用鎳基合金，而壓力槽體出水口則使用碳鋼或低合金鋼等材料，以降低成本。不同部位的異種金屬通常使用惰氣鎢極電弧銲接法接合，由於兩種合金之間存在組織、物理及機械性質等差異，在異質銲接後容易在界面處產生殘留應力而導致破壞。 本研究使用雙面式摩擦攪拌銲接技術與惰氣鎢極電弧銲接技術用於Inconel 600合金與316L 不銹鋼的異質接合，摩擦攪拌銲接法利用含鈷之碳化鎢製作攪拌頭，攪拌頭傾斜角1°、轉速設定800 rpm、進給速率50 mm/min，可以成功接合並無缺陷產生，惰氣鎢極電弧銲接則比較不同電流大小，並探討添加AMS 5786填料與否對銲道造成的影響。將各成功接合的試片進行顯微組織及機械性質之影響，並進行元素分析，最後進行殘留應力量測及抵抗沿晶腐蝕能力分析。 實驗結果顯示，惰氣鎢極電弧銲接之接合件銲道硬度、拉伸強度及伸長率都明顯下降，拉伸斷裂點位於銲道熔融區；而利用摩擦攪拌銲接之接合件銲道硬度、拉伸強度及伸長率都顯著的提升，拉伸斷裂點位於316L不銹鋼母材。顯示摩擦攪拌銲接具有優良的接合效果，並且可以降低銲件之殘留應力，但是在攪拌區進給邊的抵抗沿晶腐蝕能力則會下降。另外可以觀察到在異質接合後，Inconel 600合金在硝酸中的腐蝕速率高於316L 不銹鋼。Item 使用自我支持式攪拌棒於摩擦攪拌銲接之接合特性研究(2015) 張柏逢; Chang, Po-Feng本論文以鋁合金為研究對象，分兩部分進行研究：第一部分為使用自行設計的自我支持式攪拌棒(Self-reacting pin tool)或稱線筒軸形攪拌棒(Bobbin tool)對不同鋁合金材質進行摩擦攪拌銲接(Friction stir welding)，在不使用外加熱源的情況下進行摩擦攪拌銲接，探討自我支持式攪拌棒對不同鋁合金的銲接可行性。第二部分承第一部分所實驗出來的結果，決定試片的材質，探討在固定銲接速度下，改變轉速，對其銲後的機械性質影響，再經由光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡觀察其顯微組織。 本研究中利用自我支持式攪拌棒對鋁合金1050進行銲接，可成功接合鋁合金1050，隨著轉速的提高在金相顯微組織上類似沙漏狀結構的銲核區(Weld nugget zone, WNZ)會越來越明顯，而在銲核區的缺陷會隨著轉速的提高有明顯增加。隨著轉速的提高，在軟化區的硬度也跟著下降，其硬度均低於母材，但在銲核區硬度值會隨轉速提高而增加。在拉伸試驗中抗拉強度會隨著轉速提高而增加，而平均抗拉強度可達母材的59%。利用掃描式電子顯微鏡觀察拉伸試驗破斷後的破斷面，均為延性破壞。Item 鋁合金薄板應用摩擦攪拌銲接之研究(2019) 張宇泰; Chang, Yu-Tai此研究利用現有鑽床進行加工，透過自行設計的自動進刀機構，並且安裝自製夾具夾持試片，將該機構固定於鑽床工作台上予以施銲，期許以較低成本進行摩擦攪拌銲接完成接合工作。實驗以三款不同自製攪拌棒(M1、M2、M3)對於1050的1mm薄鋁合金加工，並且藉由鑽床轉速(550RPM、1750RPM及3000RPM)及自動進給速率(30、50、60 mm/min)作為施銲參數。於施銲後進行銲道表面觀察、金相顯微實驗、微硬度試驗、抗拉試驗和掃描式電子顯微鏡分析及量測，瞭解加工後的機械性質。經研究獲得以下幾點結論： 1.M3刀刃因軸肩較小，與母材接觸面積小以至於無足夠摩擦熱，完全無法接合母材；經M2刀刃施銲後的試片，從金相組織觀察其材料融填效果差，抗拉伸強度極低，接合成效不佳；M1刀刃於高轉速抗拉強度有明顯提升，試片1-M1-C3的最大抗拉強度平均值為72.47 MPa，達母材(約120MPa)強度之68%，其次試片1-M1-C2抗拉強度達40.32MPa，所以較佳刀刃為M1。 2.經M1及M2攪拌棒加工後都有擠料、孔洞缺陷及類溝槽狀缺陷現象。以M1攪拌棒施銲之金相顯微組織其呈現類似沙漏狀結構的銲核區；M2攪拌棒施銲後的顯微組織則為長條結構的銲核區樣貌，但無論是何款攪拌棒其銲核區皆為非對稱。轉速低時攪拌較無足夠摩擦熱充填接合斷面；若轉速提高，接合區硬度下降，且硬度低於母材許多，銲核區缺陷也明顯增加，在銲道RS側的擠料問題及熱機影響區、熱影響區也較AS側明顯。 3.施銲試片經拉伸後觀察可發現其破斷面並無像母材一樣出現酒窩狀組織，而是呈現劈裂面，可見其未受到充分塑性變形即破壞，因此拉伸試驗之強度均低於母材；另從各破斷面亦可發現其有組織成長之特徵，顯示在摩擦攪拌銲接過程中，其溫度已達再結晶溫度以上，晶粒有成長之現象。