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研究生: 陳國俊
論文名稱: 鋁含量對Zn-XAl-3Cu合金拉伸性質的效應檢討
The effects of Aluminum Content on the Tensile Properties of Zn-XAl-3Cu Alloys
指導教授: 呂傳盛
Lu, Chuan-Sheng
饒達欽
Rau, Dar-Chin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
畢業學年度: 87
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 韋伯分佈函數韋伯模數抗拉強度壽命破壞模式尺度參數
英文關鍵詞: Weibull distribution function, Weibull modulus, tensil strength life, fracture mode, scale parameter
論文種類: 學術論文
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  • 本研究主要是探討鋁含量對Zn-XAl-3Cu合金微觀組織及拉伸性質的影響;Zn-XAl-3Cu合金在室溫及 50-300 ℃之試驗溫度下,進行拉伸試驗,應變速率固定為2.8*10-4sec-1;並利用三參數韋伯分佈函數分析Zn-XAl-3Cu合金延伸率與抗拉強度變動數據,可了解不同鋁含量下Zn-XAl-3Cu合金的抗拉強度分佈狀況、破壞機率及破壞模式,並能推測其最小「抗拉強度壽命」。
    研究結果顯示:Zn-6Al-3Cu合金初晶相為相;Zn-13Al-3Cu與Zn-23Al-3Cu合金合金初晶相為相。Zn-XAl-3Cu合金室溫抗拉強度隨著鋁含量與初晶鋁量的增加,抗拉強度也增加。Zn-23Al-3Cu合金比Zn-6Al-3Cu合金及Zn-13Al-3Cu合金有較佳的抗拉強度及延伸率。抗拉強度增加的機制可能的因素為固溶強化、二次枝臂間距及共晶板層間距與共晶量。Zn-6Al-3Cu及Zn-13Al-3Cu合金破壞的型態為脆性破壞。Zn-23Al-3Cu合金破壞的型態為延性破壞。
    Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度隨著溫度的升高則逐漸的下降,呈現明顯軟化的現象。在200℃以下時,鋁含量增加可提高材料之抗拉強度,但當溫度超過200℃以後,此一效應並不明顯。Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度、0.1%流應力、降伏強度及延伸率之m值皆大於1,破壞模式皆屬於耗損破壞模式。這表示鋁含量與破壞模式之間無密切的關係。

    The effects of aluminum content on the microstructure and tensile properties of Zn-XAl-3Cu alloys were studied in this research.The tensile tests were performed at room temperat-
    ure and different testing temperatures (from 50-300 ℃).The
    strain rate was fixed at 2.8*10-4 sec-1.The tensile strength
    and elongation fluctuation behavior of Zn-XAl-3Cu alloys h
    -ave been analysed by applying the three-parameter Weibull distribution function.By determining the parameters of this function,the elongation and tensile strength distribution,
    failuer probabilities,failure mode and minimum elongation a-
    nd tensil strength life of Zn-XAl-3Cu alloys with different aluminum content were calculated and predicted.
    The study results show that the Zn-6Al-3Cu alloy primary phase is  phase,the Zn-13Al-3Cu and Zn-23Al-3Cu alloys primary phase are  phase.The tensil strength at temperature of the Zn-XAl-3Cu alloys increases follow as the aluminum content and the amount of primary aluminum increases.The tensile strength and elongation of the Zn-23Al-3Cu was higher than Zn-6Al-3Cu and Zn-13Al-3Cu alloy.The mechanism of the tensile strength enhance of the Zn-XAl-3Cu alloys probably results from solid solution strengthing、secondary dendrite arm spacing、interlamellar spacing and amount of the eutectic.The Zn-6Al-3Cu and Zn-13Al-3Cu alloys fracture characteristic are brittle fracture,the Zn-23Al-3Cu alloy fracture characteristic is brittle fracture.
    The tensile strength of Zn-XAl-3Cu alloys decreases with increasing of temperature,it reveals that soften evidently.The aluminum content increases can enhance tensile strength when the temperature under 200℃,but the effect was not evident
    when temperature over 200℃.The tensile strength of Zn-XAl-3Cu alloys increaes with aluminum content increasing under
    different testing temperature.The tensile strength of Zn-23
    Al-3Cu alloys decreaes at elevated temperature when the tempe-
    rature over 200℃.
    The m value of tensile strength、0.1% flow stress、yield
    strength and elongation of the Zn-XAl-3Cu alloys is greater than 1,the failure is wear-out failure mode.This is show that no intimate relationship between the aluminum content and f-
    ailure mode.

    總 目 錄 中文摘要 ...............................................Ⅰ 英文摘要 ...............................................Ⅱ 總 目 錄 ...............................................Ⅳ 表 目 錄 ...............................................Ⅶ 圖 目 錄 ...............................................Ⅷ 第一章 緒 論 ...........................................1 1-1 研究背景 ..........................................1 1-2 研究動機 ..........................................1 1-3 研究目的 ..........................................2 1-4 研究範圍與限制 ....................................3 第二章 文獻探討 .........................................4 2-1 Zn-Al-Cu合金 ......................................4 2-1-1 Zn-Al-Cu合金 ..................................4 2-1-2 Zn-XAl-YCu合金的凝固組織及機械性質 ............4 2-2 可靠度工程分析 ....................................6 2-2-1 可靠度及其函數 ................................6 2-2-2 材料可靠度工程之統計意義 ......................8 2-2-3 韋伯分佈函數 ..................................9 2-2-4 韋伯分佈參數之推求 ............................12 第三章 實驗參數及步驟 ..................................18 3-1 實驗參數 ..........................................18 3-2 實驗步驟 ..........................................18 3-2-1 材料熔煉 ......................................18 3-2-2 試桿製作 ......................................19 3-2-3 拉伸試驗 ....................................19 3-2-3-1 室溫拉伸試驗 ..............................19 3-2-3-2 高溫拉伸試驗 ..............................19 3-2-4 金相顯微組織及破斷面觀察 ......................19 3-2-5 韋伯分析 ......................................20 第四章 實驗結果 .........................................28 4-1 Zn-XAl-3Cu合金的微觀組織與強度、延伸率之關係 ......28 4-1-1 Zn-XAl-3Cu合金的微觀組織 ......................28 4-1-2 鋁含量與初晶鋁量的關係 ........................28 4-1-3 初晶鋁量與強度的關係 ..........................28 4-1-4 初晶鋁量與延伸率的關係.........................29 4-2 Zn-XAl-3Cu合金的室溫拉伸性質.......................29 4-2-1 Zn-XAl-3Cu合金的鋁含量與抗拉強度變動之關係 ....29 4-2-2 Zn-XAl-3Cu合金的鋁含量與降伏強度變動之關係 ....29 4-2-3 Zn-XAl-3Cu 合金的鋁含量與0.1%流應力變動之關係..30 4-2-4 Zn-XAl-3Cu 合金的鋁含量與延伸率變動之關係 .....31 4-3 不同試驗溫度對Zn-XAl-3Cu合金拉伸性質之影響 ........31 4-3-1 不同試驗溫度對Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度之影響 ....31 4-3-2 不同試驗溫度對Zn-XAl-3Cu合金延伸率之影響 ......31 4-4 Zn-XAl-3Cu合金拉伸試驗數據的可靠度分析 ............32 4-4-1 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度的韋伯分析 ..............32 4-4-2 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度的韋伯分析 ..............32 4-4-3 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力的韋伯分析 ............33 4-4-4 Zn-XAl-3Cu合金延伸率的韋伯分析 ................33 第五章 討 論 ...........................................76 5-1 鋁含量對Zn-XAl-3Cu合金微觀組織之影響 ............. 76 5-2 鋁含量對Zn-XAl-3Cu合金拉伸性質之影響 ............. 76 5-3 不同試驗溫度對Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度之影響 ........76 5-4 從韋伯分析結果探討Zn-XAl-3Cu合金的選擇 ............77 第六章 結論 .............................................80 參 考 文 獻 .............................................81 表 目 錄 表3-1 實驗參數 ..........................................23 表3-2 實驗材料之合金成份(wt%) ...........................23 表3-3 澆鑄溫度與金屬模預熱溫度 ..........................23 表4-1 Zn-XAl-3Cu合金在不同溫度下拉伸之抗拉強度的數據 ....34 表4-2 Zn-XAl-3Cu合金在不同溫度下拉伸之降伏強度的數據 ....35 表4-3 Zn-XAl-3Cu合金在不同溫度下拉伸之0.1%流應力的數據 . 36 表4-4 Zn-XAl-3Cu合金在不同溫度下拉伸之延伸率的數據 ......37 表4-5 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度變動範圍及韋伯分佈參數值 ....38 表4-6 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度變動範圍及韋伯分佈參數值 ....38 表4-7 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力變動範圍及韋伯分佈參數值 . 39 表4-8 Zn-XAl-3Cu延伸率變動範圍及韋伯分佈參數值 ..........39 表5-1 鋁含量與m值之關係 ................................ 79 表5-2 預測最小抗拉強度之0值與材料與原有抗拉強度之關係 .79 表5-3 鋁含量與破壞模式之關係 ............................79 圖 目 錄 圖2-1 Zn-Al-Cu三元合金相圖之液相圖面 ....................14 圖2-2 Zn-Al-Cu三元合金相圖的透視畫法 ....................15 圖2-3機率密度函數f(t)與m值之關係 ...................... 16 圖2-4 破壞率(t)與m值的關係 ............................17 圖3-1 實驗步驟 ..........................................24 圖3-2 金屬模形狀尺寸及試棒取樣位置 ......................25 圖3-3 試棒形狀及尺寸規格 ................................26 圖3-4 高溫拉伸試驗裝置 ..................................27 圖4-1 Zn-XAl-3Cu合金鑄造狀態的微觀組織...................40 (a) Zn-6Al-3Cu (b) Zn-13Al-3Cu (c) Zn-23Al-3Cu 圖4-2 鋁含量與初晶鋁量的關係 ............................43 圖4-3 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度大小及分佈情形 ..............44 圖4-4 Zn-XAl-3Cu合金鑄態試棒拉伸後破斷面SEM照片 ........ 45 (a) Zn-6Al-3Cu (b) Zn-13Al-3Cu (c) Zn-23Al-3Cu 圖4-5 Zn-XAl-3Cu合金的降伏強度大小及分佈情形 ............47 圖4-6 Zn-XAl-3Cu合金的0.1%流應力大小及分佈情形 ..........48 圖4-7 Zn-XAl-3Cu合金的延伸率大小及分佈情形 ..............49 圖4-8 Zn-XAl-3Cu合金室溫拉伸時的荷重-伸長量曲線 .........50 (a) Zn-6Al-3Cu (b) Zn-13Al-3Cu (c) Zn-23Al-3Cu 圖4-9 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度與溫度的關係 ................52 圖4-10 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度與溫度的關係 ...............53 圖4-11 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力與溫度的關係 .............54 圖4-12 Zn-XAl-3Cu合金延伸率與溫度的關係 .................55 圖4-13 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度的韋伯分佈圖形 .............56 圖4-14 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度變動大小比較 ...............57 圖4-15 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度的破壞率曲線 ...............58 圖4-16 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度的可靠度圖形 ...............59 圖4-17 Zn-XAl-3Cu合金抗拉強度的機率密度函數圖形 .........60 圖4-18 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度的韋伯分佈圖形 .............61 圖4-19 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度變動大小比較 ...............62 圖4-20 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度的破壞率曲線 ...............63 圖4-21 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度的可靠度圖形 ...............64 圖4-22 Zn-XAl-3Cu合金降伏強度的機率密度函數圖形 .........65 圖4-23 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力的韋伯分佈圖形 ...........66 圖4-24 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力變動大小比較 .............67 圖4-25 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力的破壞率曲線 .............68 圖4-26 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力的可靠度圖形 .............69 圖4-27 Zn-XAl-3Cu合金0.1%流應力的機率密度函數圖形 .......70 圖4-28 Zn-XAl-3Cu合金延伸率的韋伯分佈圖形 ...............71 圖4-29 Zn-XAl-3Cu合金延伸率變動大小比較 .................72 圖4-30 Zn-XAl-3Cu合金延伸率的破壞率曲線 .................73 圖4-31 Zn-XAl-3Cu合金延伸率的可靠度圖形 .................74 圖4-32 Zn-XAl-3Cu合金延伸率的機率密度函數圖形 ...........75

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