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研究生: 周文斌
論文名稱: 銲前冷加工對AISI 316不銹鋼機械性質之研究
The Study of Mechanical Properties on The Pre-Weld Cold Working of Stainless Steels 316
指導教授: 屠名正
Twu, Ming-Jenq
周長彬
Zhou, Chang-Bin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2002
畢業學年度: 90
語文別: 中文
中文關鍵詞: 銲前冷加工AISI 316不銹鋼機械肥粒相指數
論文種類: 學術論文
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  • 本研究選用AISI316沃斯田鐵型不銹鋼為母材;母材採用對接方式進行銲接;氣體鎢極電弧銲(TIG)為銲接方式,銲前先施予不同冷加工度,分析其抗拉強度與微硬度等機械性質的改變,微觀金相結構與肥粒相指數等變化情形等問題深入探討。
    研究結果顯示,無熱處理情況下,熱影響區及母材會隨冷加工度增加而為硬度值增加;經熱處理(1050℃、1Hr、空冷)後即無明顯變化。銲道之肥粒相指數並不隨冷加工度增加而變化;但在母材之肥粒相指數不管母材是否經熱處理,會隨冷加工度增加肥粒相指數增加,但經熱處理後銲道之肥粒相指數會降低。銲件拉伸破斷面經由SEM觀察,拉伸破壞原因係屬於延性破壞。

    The purpose of this Research was to systematically study the weldability of stainless steel under Tungsten Inert Gas Arc Welding(TIG).The base metals used was AISI 316 austenitic stainless steel with filler metal of ER308 in the type of plane joint. On the pre-weld different cold working of Stainless Steels 316 weldments were conducted. A series of experiments including tensile testing , microhardness testing , ferrite scope testing,optical metallography and SEM were used to determine and analyze the relationship between mechanical properties and microstructure.
    A series of experiment results indicated that , non-heat treatment under , cold working increase that heat affected zone and base metal can improve the ultimate tensile strength , however post-weld with 1050℃ , 1 hour heat treatment can not obvious variation. Cold working increase the ferrite scope in the fusion zone not obvious difference , but the base metal was enhance , heat treatment can decrease the ferrite scope in the fusion zone. SEM observations on the tensile tested specimen showed a ductile fracture surface.

    中文摘要…………………………………………………….………..I 英文摘要………………………………………………………….…..II 總目錄…………………………………………………………...…..III 圖目錄………………………………………………………………….V 表目錄………………………………………………………………….IX 第一章 緒論 第一節 研究背景……………………………………………………1 第二節 研究動機……………………………………………………2 第三節 研究目的……………………………………………………3 第四節 研究範圍與限制……………………………………………4 第二章 文獻探討 第一節 不銹鋼材料………………………………………………..5 第二節 TIG銲接原理與設備…………………………………….14 第三節 銲接參數對銲道結構之影響…………………………….16 第四節 銲條之選擇……………………………………………….17 第五節 冷加工度與材料機械性質之影響……………………….19 第六節 沃斯田鐵系不銹鋼之熱處理…………………………….22 第三章 實驗方法與步驟 第一節 材料之選擇……………………………………………….23 第二節 實驗步驟與銲接試片…………………………………….25 第三節 銲接設備………………………………………………….27 第四節 銲接試驗與參數設計…………………………………….28 第五節 熱處理實驗……………………………………………….30 第六節 金相顯微組織之觀察…………………………………….31 第七節 SEM破斷分析…………………………………………….32 第八節 肥粒相量測……………………………………………….32 第九節 機械性質測試分析……………………………………….33 第四章 結果與討論 第一節 拉伸試驗………………………………………………….35 第二節 微硬度之分析…………………………………………….39 第三節 肥粒相之量測…………………………………………….46 第四節 金相顯微組織觀察…………………..………………….49 第五節 拉伸破斷面之SEM觀察………………………………….54 第六節 破斷面表面成份分析…………………………………….64 第五章 結論 第一節 研究結論………………………………………………….67 第二節 研究建議………………………………………………….68 參考文獻………………………………..………………………….69 圖目錄 圖2-1 Fe-Cr-Ni三相平衡圖…………………………………………..8 圖2-2 Fe-Cr-Ni 平衡圖與銲道凝固組織之關係…………………….9 圖2-3 凝固型式A、B、C的顯微組織和(Cr)eq/(Ni)eq的關係…11 圖2-4 迪隆(Delong)圖…………………………………………….13 圖2-5 氬銲示意圖…………………………………………………….14 圖2-6 TIG銲接設備………………………………..………………..15 圖2-7 銲接速度與晶粒結構關係…………………………………….16 圖2-8 輸熱量與銲接速度過冷組織影響…………………………….17 圖2-9 回復-再結晶-晶粒成長圖…………………………………….21 圖3-1 實驗步驟……………………………………………………….26 圖3-2 不銹鋼母材試片尺寸規格…………………………………….27 圖3-3 試片裁取示意圖……………………………………………….28 圖3-4 拉伸試片尺寸圖……………………………………………….29 圖3-5 微硬度試片尺寸圖…………………………………………….29 圖4-1 A0&A10&A20&A30之拉伸試片比較…………………………..37 圖4-2 N0&N10&N20&N30之拉伸試片比較…………………………..37 圖4-3 H0&H10&H20&H30之拉伸試片比較…………………………..37 圖4-4 不同參數下之U.T.S………………………………………….38 圖4-5 不同參數下之Y.S…………………………………………….38 圖4-6 不同參數下之E.G…………………………………………...38 圖4-7 N0試片之微硬度分佈圖……………………………………..41 圖4-8 N10試片之微硬度分佈圖…………………………………….41 圖4-9 N20試片之微硬度分佈圖…………………………………….42 圖4-10 N30試片之微硬度分佈圖…………………………………..42 圖4-11 H0試片之微硬度分佈圖…………………………………...43 圖4-12 H10試片之微硬度分佈圖………………………………....43 圖4-13 H20試片之微硬度分佈圖…………………………………..44 圖4-14 H30試片之微硬度分佈圖…………………………………..44 圖4-15 N0&N10&N20&N30試片之微硬度分佈圖…………………...45 圖4-16 H0&H10&H20&H30試片之微硬度分佈圖…………………….45 圖4-17 N0&N10&N20&N30之銲道肥粒相指數……………………...47 圖4-18 H0&H10&H20&H30之銲道肥粒相指數……………………….47 圖4-19 N0&N10&N20&N30&H0&H10&H20&H30之銲道肥粒相指數分佈…………………………………………………………………..47 圖4-20 N0&N10&N20&N30之母材肥粒相指數……………………..48 圖4-21 H0&H10&H20&H30之母材肥粒相指數……………………..48 圖4-22 N0&N10&N20&N30&H0&H10&H20&H30之母材肥粒相指數分佈………………………………………………………………….48 圖4-23 N0試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖….50 圖4-24 N10試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖..50 圖4-25 N20試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖..51 圖4-26 N30試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖..51 圖4-27 H0試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖.…52 圖4-28 H10試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖...52 圖4-29 H20試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖….53 圖4-30 H30試片之母材、熱影響區、熔融線及銲道金相組織圖….53 圖4-31 銲道之SEM為H0試片經1050℃-1小時、空冷之熱處理 (150X)…………………………………………………………..57 圖4-32 銲道之SEM為H0試片經1050℃-1小時、空冷之熱處理 (350X)…………………………………………………………..57 圖4-33 銲道外緣shear lip口之SEM為 H0試片經1050℃-1小時、 空冷之熱處理(350X)…………………………………………..58 圖4-34 銲道之SEM為H30試片經1050℃-1小時、空冷之熱處理 (150X)………………………………………………………………..58 圖4-35 銲道之SEM為H30試片經1050℃-1小時、空冷之熱處理 (350X)………………………………………………………………...59 圖4-36 銲道之SEM為N0試片(150X)…………………………….59 圖4-37 銲道之SEM為N0試片(350X)…………………………….60 圖4-38 銲道之SEM為N30試片(150X)…………………………..60 圖4-39 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..61 圖4-40 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..61 圖4-41 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..62 圖4-42 銲道之SEM為N30試片(350X)……………………….….62 圖4-43 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..63 圖4-44 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..63 圖4-45 銲道之SEM為H30試片經1050℃-1小時、空冷之熱處理 (150X)…………………………………………………………..66 圖4-46 銲道之SEM為N30試片(350X)…………………………..66 表目錄 表1-1 不銹鋼的種類及其特性……………………………………….2 表2-1 不銹鋼之分類………………………………………………….6 表2-2 不銹鋼的典型成份和性質…………………………………….6 表2-3 合金元素對沃斯田鐵不銹鋼之作用………………………….7 表2-4 鉻鎳沃斯田鐵型不銹鋼銲條選用表………………………..18 表2-5 主要沃斯田鐵系不銹鋼之機械性質………………………..22 表3-1 母材(AISI 316不銹鋼)之機械性質……………………..23 表3-2 AISI 316不銹鋼母材之化學成分wt%……………………..23 表3-3 ER308銲線化學成分表wt%………………………………….24 表3-4 冷加工實驗前試片斷面厚度………………………………..24 表3-5 較佳銲接參數選用表………………………………………..30 表3-6 銲件熱處理條件設計………………………………………..31 表4-1 拉伸試片數據表……………………………………………..36 表4-2 肥粒相指數…………………………………………………..46 表4-3 H30試片的成份……………………………………………..63 表4-4 H30試片中心部份成份……………………………………..63 表4-5 N30試片的剪切區A之成分………………………………..65 表4-6 N30試片的劈裂面區B之成分……………………………..65

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