滾針軸承保持架用材料之電鍍氫脆研究

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王志峰(Chen-Feng Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

滾針軸承保持架用材料之電鍍氫脆研究
(Hydrogen EmbrittlementinMaterial of Needle Roller Bearing Cage with Plating)

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摘要(中)

引擎應用之滾針軸承，常需要採用表面處理。目前最多採用電鍍銅、鍍銀的處理方式。在電鍍過程中，使用酸清洗脫脂，與電鍍製程都會有氫析出滲透至基材，而導致氫脆的現象。一般鋼材中，氫的擴散是一種可逆反應，可使用加熱烘烤使氫擴散出基材。去氫烘烤效果，可用測氫設備來驗證，其中OE-GDS可分析出氫含量比例與基材中深度位置等關係。
保持器用材料SCM-415，在熱處理採用滲碳氮化法，電鍍後其拉伸強度與韌性皆有明顯損失，其缺口拉伸強度損失率甚至可達48%，去氫烘烤後拉伸強度雖可回復，但材料延性會有所損失。比對測氫結果發現，烘烤時間越久，去氫效果越佳，氫殘留含量與其延性成相對比例關係。而去氫烘烤對於減低氫脆的效果，在於氫於基材內部會平均分佈，其次才是減少氫含量。表面滲碳氮化層為強氫補集位置，會影響氫擴散能力與速度，所以容易於表面形成富氫層，而在斷口金相中也發現表面滲碳層為氫源而影響破裂型態與裂痕成長模式，而沿晶破裂、脆性穿晶破裂與氫致韌斷等破裂機構形成不同斷面金相特徵。

摘要(英)

Hydrogen embrittlement is a serious problem of metal after plating process in engineering. The cage of needle roller bearing, it applies to high speed and high performance engine, usually has silver or copper plating to reduce the friction and heating. The “baking” process is working to rid metal of hydrogen. We can use the “hydrogen determination” and “OE-GDS” to study the baking effect of hydrogen consistency in SCM-415. We find short time baking process only cause the hydrogen re-distribution in this metal and the hydrogen trap will effect the result.
From result of tensile and SSRT notch tensile test, we find the HE will cause reducing ductility of material. Including Intergranular, dimple and quasi-cleavage will appear in the fractography of test, and depend on hydrogen concentration position. Most failure modes of HE are the intergrainular fracture.

關鍵字(中)

★ 電鍍
★ 軸承
★ 氫脆

關鍵字(英)

★ Hydrogen embrittlement
★ Bearing
★ Plating

論文目次

一、前言................................................................................................. 1
1.1簡介....................................................................................................1
1.2 滾針保持架型滾針軸承簡介…………………………………...…2
1.3 保持架電鍍流程簡介…………………………………………...…5
1.4氫脆與應力腐蝕簡介………………………………………...…….9
1.4.1氫脆簡介…………………………………………….…...……9
1.4.2 氫脆理論………………………………..……………………10
1.4.3 氫破壞種類及原因…………………………………..…...….11
1.4.4 應力腐蝕簡介…………………………….…………..……..15
1.4.5 應力腐蝕機構……………………………….………...……17
1.4.6 氫臨界濃度與補集位置………………………….……...…21
1.4.7 氫脆與應力腐蝕的比較…….……………………….….…24
1.4.8氫脆的避免……….…………………………………...……24
二、實驗步驟與方法…………………………………………………30
2.1 材料製作與處理………….………………………………………31
2.2 電鍍與去氫脆化烘烤………………………………….…………33
2.3、拉伸試驗與缺口拉伸試驗………………………………………35
2.4 測氫儀與GDS分析………………………………...…………….36
2.5 破斷面觀察……………………………………………………….39
三、結果與討論……………………………………………….……….40
3.1 測氫儀與GDS檢測氫含量…………………………..….……..….40
3.2 拉伸試驗…..…..………………..……..…………………......…...44
3.3 缺口拉伸試驗………………………..……………….…………..48
3.4光學與SEM破斷面觀察………………………………...….…..….52
3.4.1 SCM-415滲碳氮化熱處理（編號HT試片）…….……..…..….53
3.4.2 SCM-415滲碳氮化熱處理後電鍍(銅+銀)(未去氫)（編號HPN試片）………………………………………………………………...60
3.4.3 SCM-415滲碳氮化熱處理後電鍍(銅+銀)(去氫烘烤6 hrs)（編號HP6試片）……………………………………………………69
3.4.4 SCM-415滲碳氮化熱處理後電鍍(銅+銀)(去氫烘烤24 hrs)（編號HP24試片）…………………………………………………78
3.5 裂縫成長模式與氫含量的關係……………………………….…86
四、結論……………………………………………………………….87
五、參考文獻………………………………………………………..…88

參考文獻

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指導教授

李雄(Shyong Lee)

審核日期

2006-7-12

推文