沃斯田铁不銹钢热处理摘要.doc

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1、摘要Abstract　本專題是以JIS型號SUS420J2麻田散鐵型不銹鋼為研究目標。利用MTS動態疲勞試驗機、硬度試驗機及金相顯微鏡等三種設備，針對材料的疲勞強度、硬度及金相組織在熱處理前後的差異性進行分析與探討，以期對SUS420J2材料的機械性質能有進一步的瞭解，並提供業界做相關數據參考。　一.引言1.Introduction　現今工業界對於沃斯田鐵型不銹鋼已廣泛的使用，而對於麻田散鐵型不銹鋼的了解及相關機械性質的可供參考數據十分的缺乏，根據統計目前機件的損壞有80%以上均是以疲勞的型式破壞。尤其當材料受反覆變化的作用力時此一類

2、型的破壞極易產生，因其無法事先預知，如果情況一發生便容易造成莫大的損失。此時材料的疲勞強度比起彈性限重要許多。一般說來，材料的疲勞強度隨其化學成份、晶粒結構、表面處理等而異。本專題報告是從事於金屬材料熱處理後分析其疲勞強度、抗拉強度、硬度等並觀察金相組織。所使用的儀器與包括：熱處理爐、CNC車床、勃氏硬度機、金相顯微鏡、MTS材料試驗機等等。所分析的材料是420J2麻田散鐵型不銹鋼，由於420J2不銹鋼其強度、硬度都比一般碳鋼高出許多，且在國內也尚未見到對420J2不銹鋼之疲勞強度作分析研究的報告。為了對420J2不銹鋼有些初步了解，

3、收集有關此材料的書籍，了解420J2不銹鋼一些基本性質。查閱有關於試桿標準尺寸，然後利用CNC車床，撰寫程式。對於試件熱處理為了進一步深入，也參觀高雄縣高立公司的熱處理廠，獲得不少重要經驗與寶貴資料且更進一步對420J2不銹鋼瞭解，如熱處理時最重要的溫度與時間的控制、熱處理爐的保養與一些冷卻液的使用。這些前置工作完成後，接下來就是對其性質的分析。SUS420J2不銹鋼試件經熱處理後分別為：正常化、高溫回火、低溫回火，然後對其硬度、抗拉強度、抗疲勞性與金相組織等分析。由ASTME466規範“執行金屬材料固定振幅軸向疲勞試驗之標準程序（s

4、tandardpracticeforconductingconstantamplitudeaxialfatiguetestsofmetallicmaterial）”主要適用於在彈性應變內的疲勞，此種疲勞壽命一般稱為高週疲勞（HighCycleFatigue，HCF）。ASTME606則為“固定振幅低週疲勞之標準建議程序（standardrecommendedpracticeforconstantamplitudelowcyclefatiguetesting）“，低週疲軟牽涉到明顯程度的非彈性應變。　二、研究內容與方法2.Materia

5、landmethods　當元件承受低於材料降伏強度之反覆作用的應力，雖此應力在彈性限內，但依舊會發生破壞，此破壞的型式稱為疲勞破壞。疲勞破壞典型地以三個階段發生，首先，一個很小的裂縫在表面起始，這通常在荷重開始作用很長時間之後發生；其次，當荷重繼續循環時，裂縫逐漸延伸；最後當材料保持的橫截面不足以承載荷重時，材料突然的破壞便會發生。本組以麻田散鐵型不銹鋼為研究對象，在不改變其元素的成份下，探討以未處理前、高及低溫回火、正常化等熱處理後對於其疲勞強度之影響。茲將研究過程以流程圖表示（如圖1）：圖1試驗流程圖　1.選擇試材因為麻田散鐵型不

6、銹鋼在高溫時是沃斯田鐵組織，經快速冷卻後變成麻田散鐵組織，其經由熱處理後硬化效果佳，故選擇此型不銹鋼作為研究對象，並以此型SUS420J2作為實驗試材。材料化學成分如表1所示，材料機械性質如表2所示。　Chemicalcomposition﹪CSiMnPSNiCr0.340.80.740.030.0280.313表1SUS420J2化學成分　　SUS420J2抗拉強度kg/mm2降伏強度kg/mm2伸長率%硬度HB衝擊值kgm/cm2彈性模數GPaValue>7567>12<255>217>3220表2SUS420J2機械性質　2.實

7、驗設備1.金相顯微鏡及照相機2.金相研磨機3.MTS(10噸動態疲勞試驗機)4.熱處理爐5.CNC車床　3.試件幾何形狀依據ASTME606對試桿幾何形狀之規範建議有兩種：－均勻測試斷試件（適用於應變範圍2%）。－砂漏型（hourglass）試件（適用於較大的壓縮應變）。本次實驗採用均勻測試斷試件，形狀及尺寸如圖2所示。　圖2均勻測試斷試件　4.試件製作利用機械工廠之CNC車床車製試件〔程式附於附錄1〕。　5.熱處理(1)淬火的意義所謂淬火，乃使鋼硬而強所行的熱處理。急冷的過程稱為驟冷(quenching)，變硬的過程稱為硬化(har

8、dening)。因此，急冷使之硬化的操作，稱為淬火(Quenchhardening)。(2)回火的意義所謂回火，乃為了降低淬火或正常化後鋼的硬度，增加韌性，加熱於變態點以下之適當溫度，然後冷卻的操作。鋼淬火後利用回火(4