超輕鎂鋰合金的拉伸與疲勞特性研究

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鍾仕豪(Ser-how Chong) 查詢紙本館藏

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機械工程學系

論文名稱

超輕鎂鋰合金的拉伸與疲勞特性研究
(Tensile and Fatigue Properties Study of Superlight Mg-Li Alloys)

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摘要(中)

本研究目的為探討新型超輕鎂鋰合金之拉伸與疲勞特性。選用具有低密度及室溫良好成型性之Mg-Li系列合金為研究對象，分別為LAZ1110和添加Be、Sc元素之LAZ1110+Be+Sc兩種合金。但由於此系列合金缺乏足夠的機械強度，故利用固溶處理來強化來提昇其機械強度。
　　顯微組織方面，兩種合金皆呈現α+β的雙相組織結構，並在晶粒內部有“費德曼組織”的出現；添加了Be、Sc元素的鎂鋰合金，其晶粒大小則略低於原材。經350℃/1小時固溶處理後，兩種材料均呈現單一β相組織，並且晶粒明顯粗大化。
　　機械性質方面，LAZ1110的抗拉強度為 150MPa，添加Be、Sc元素後由於細晶強化的效果，強度略為提昇至157MPa。固溶後兩種材料的抗拉強度皆提昇了將近100MPa，強化效果顯著。LAZ1110和LAZ1110+Be+Sc的應變硬化程度相差不大，然而固溶強化後卻有明顯的提昇，增加了材料抑制頸縮變形的能力。
　　LAZ1110、LAZ1110+Be+Sc的疲勞限分別為35MPa和43MPa，並有觀察到α相顆粒有延緩裂縫成長的效果。固溶強化後由於材料內部差排移動受阻的影響，使得兩種材料的疲勞限明顯增加。

摘要(英)

This research focuses on the tensile and fatigue properties of super-light Mg-Li Alloy. LAZ1110 with low-density and good room temperature forming was chosen as the subject, and Be, Sc were added to form LAZ1110+Be+Sc. However, this kind of alloy lacked strength, so it was strengthened by using solid solution hardening.
As for the microscopic, both alloys present the two-phased structure of α+β, and “Widmansta ̈tten Structure” also appeared. The addition of Be, Sc reduced the grain size of Mg-Li alloys. After solid solution hardening, both alloys present single β phase, whose grain size coarsening apparently.
The ultimate strength of LAZ1110 is 150MPa, and after Be, Sc addition its strength increased to 157MPa due to effect of fine grain size strengthening. After solid solution hardening, both alloys’ ultimate strength increased by nearly 100MPa. The ability of strain hardening of LAZ1110 is close to that of LAZ1110+Be+Sc, but the each ability of strain hardening increases apparently after heat-solute treatment.
The fatigue limit of LAZ1110 is 35MPa, and that of LAZ1110+Be+Sc is 43MPa, but α phase was observed to delay the crack propagation. After solid solution hardening, due to dislocation strain field interaction, the fatigue limit of two alloys apparently increased.

關鍵字(中)

★ 鎂鋰合金
★ 固溶強化
★ 抗拉強度
★ 疲勞限

關鍵字(英)

★ Mg-Li Alloys
★ Solid Solution Hardening
★ Ultimate Strength
★ Fatigue Limit

論文目次

第一章緒論1
1-1前言1
1-2研究動機3
第二章理論基礎與文獻回顧11
2-1鎂合金材料特性11
2-2合金元素添加對鎂合金性質之影響13
2-3疲勞破壞15
2-3-1 高、低週疲勞16
2-3-2 S-N曲線 Stress Versus Life（S-N）Curves17
2-3-3 疲勞限（Fatigue Limit）17
2-3-4應力分類17
2-4疲勞裂縫機構19
2-4-1疲勞裂縫的起始19
2-4-2疲勞裂縫延伸19
2-5真應力和真應變21
2-6固溶強化、硬化容量與硬化率22
2-7 鎂鋰合金的研究現況22
第三章實驗方法32
3-1實驗材料32
3-2實驗步驟32
一、 Mg-Li及添加Be、Sc元素之合金擠製+熱處理32
二、成份分析32
三、試片製備33
a) 試片尺寸製訂33
b) 試片製作33
c) 固溶處理34
d) 光學顯微鏡(OM)顯微組織觀察34
e) X光繞射儀X-ray diffraction（XRD）分析35
四、硬度試驗35
五、拉伸試驗35
六、高週疲勞測試36
七、疲勞破壞破斷面觀察37
第四章結果與討論44
4-1 OM光學顯微鏡下之微觀組織44
4-1-1 LAZ1110之金相組織44
4-1-2 LAZ1110+Be+Sc之金相組織45
4-1-3 LAZ1110、LAZ1110+Be+Sc經固溶處理後之金相組織45
4-2 XRD繞射分析46
4-2-1 擠製原材的XRD繞射分析46
4-2-2 經固溶處理後的XRD繞射分析46
4-3 硬度實驗47
4-4 拉伸實驗47
4-4-1 四種鎂鋰合金的拉伸實驗結果比較47
4-4-2 四種合金的應變硬化探討48
4-4-3 應變硬化指數與硬化容量49
4-5 疲勞結果分析50
4-5-1 LAZ1110和LAZ1110+Be+Sc的疲勞實驗結果比較50
4-5-2 LAZ1110和LAZ1110（固溶）的疲勞實驗結果比較52
4-5-3 LAZ1110+Be+Sc和LAZ1110+Be+Sc（固溶）
的疲勞實驗結果比較53
4-6 SEM破斷面觀察53
第五章結論71
參考文獻73

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指導教授

李雄(Shyong Lee)

審核日期

2011-7-4

推文