鐵鋁錳合金相變化與機械性質

Abstract

本研究計畫的主要目的有:(1)探討鋁、錳和 碳合金元素的含量對鐵鋁錳碳合金系統顯微結 構的影響;(2)探討(.gamma.+.alpha.)雙相鐵鋁錳碳矽 合金的相變化情形;(3)探討矽元素之添加量對 沃斯田鐵型鐵鋁錳碳矽合金相變化與機械性質 的影響;(4)探討鎳元素之添加量對鐵鋁碳合金 顯微結構的影響;(5)探討鎳元素之添加量對鐵 鋁錳碳合金相變化的影響.在過去的研究中,我 們成功地開發了"鐵鋁錳熱軋合金鋼板",目前已 獲中華民國、美國、韓國、法國和英國等國專利.最近,我們租用中鋼研究發展處先導工廠的 熱軋機,進行先導工廠研究,順利滾軋了幾片熱 軋合金鋼板,經由國防部的協助進行穿甲彈實 彈射擊測試,結果顯示此熱軋合金鋼板在熱軋 狀態下之機械性質及防彈性質均超過美國最新 防彈鋼板MIL-A-12560G規格,證實此熱軋合金鋼板 在國防科技上之應用頗具發展潛力.除此之外, 我們在學術研究上亦有幾項重要的發現:(1)在 研究具有完全沃斯田鐵結構的鐵鋁錳碳合金中 ,結果顯示:在鐵-8.0鋁-31.5錳-1.05碳合金中,其晶 界相分解反應為.gamma..arrr.(.gamma.+.kappa.-相);另 外,在鐵-7.8鋁-31.7錳-0.54碳合金中,其晶界相分 解反應為.gamma..arrr.(.kappa.-相+.beta.-錳),此兩種 現象和其他學者所研究的結果截然不同,已分 別在Scripta Metallurgica期刊上刊登.除此之外,我 們也發現當減少鋁或碳含量時,則在晶界相分 解反應中可觀察到.gamma..arrr..alpha.+.beta.-Mn.由 上述結果顯示,在鐵鋁錳碳合金系統中,鋁、錳 和碳元素添加量的不同將影響其晶界相分解反應甚鉅.因此在本計畫中我們將一系列研究鋁 含量介於5□%,錳含量介於10□%及碳含量介於0.5 ~2.0%的合金,以探討鋁、錳和碳元素的含量對鐵 鋁錳碳合金顯微結構的影響;(2)最近我們在研 究(.alpha.+.gamma.)雙相結構的鐵鋁錳矽碳合金時 發現,在550.degree.C作時效處理後,.alpha./.gamma.晶 粒邊界上會有(DO/sub3/+L-phase)混合相析出,其 L-phase即為我們在鐵-9.0鋁-29.5錳-1.2矽合金中所 觀察到的新相.除此之外,此合金在650.degree.C作 時效處理後,在晶界上將會有一複雜相(X-相)產 生(此相結構目前尚未分析出來).因此在未來研 究中,我們將繼續探討(.alpha.+.gamma.)雙相鐵鋁錳 矽碳合金的相變化情形,並深入研究(DO/sub 3/ +L-phase)混合相的析出機構、新相(X相)的晶體結 構鑑定及其相變態反應;(3)最近我們研究矽元 素添加量對鐵-9.0鋁-30.0錳-1.2碳合金淬火狀態 下顯微結構的影響,結果發現若添加0.3wt%矽在 此合金中,在淬火狀態下於沃斯 田鐵基地內有Modulation;若增加矽含量至0.5wt%時,我們發現除了 上述Modulation外,亦可發現有細小的.kappa.-相在 沃斯田鐵基地內析出;當矽含量增加至1.0wt%後, .kappa.-相的量隨之增加;當矽含量增加至1.5wt%時 ,除了Modulation結構及.kappa.-相在沃斯田鐵基地 內析出外,在晶界上亦有(.alpha.+DO/sub 3/)混合相 產生.由以上研究結果顯示,少量矽元素的添加 會促進細微的.kappa.-相在沃斯田鐵相內析出.因 此在未來研究中,我們將研究少量矽元素的添加對鐵鋁錳碳熱軋合金鋼板機械性質和顯微結 構的影響外,我們也將進一步針對不同成分的 鐵鋁錳矽碳合金經450.degree.C□0.degree.C時效處 理後的相變化情形作一探討;(4)在鐵-8.5鋁-4.5鎳 -1.6碳合金中,初步研究結果顯示此合金在550.degree.C作時效處理後,在晶界產生了.gamma..arrr.( .kappa.-相+.alpha.)的相分解反應,時效處理時間再 增長後,亦可觀察到球狀的B2相顆粒在肥粒鐵相 中析出,且晶界上產生了.gamma..arrr.(.alpha.+.kappa. -相).arrr.(.alpha.+B2+.kappa.-相)的相分解反應.此研 究結果在鐵鋁碳、鐵鋁錳碳、鐵鋁鎳碳及鐵鋁 錳鎳碳合金系統中從未被觀察過.因此在本計 畫中,我們將繼續探討此合金在不同時效溫度 之相變態過程,此外並進一步研究鎳元素含量 的改變對鐵鋁碳及鐵鋁錳碳合金顯微結構的影 響.