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系統識別號 U0026-0812200915221797
論文名稱(中文) 熱機處理對鈦-鉬合金機械性質的影響
論文名稱(英文) Effect of thermomechanical treatment on mechanical properties of Ti-Mo alloys
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 材料科學及工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Materials Science and Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 林士哲
研究生(英文) Shih-Jer Lin
學號 n5696110
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 91頁
口試委員 口試委員-林家緯
口試委員-李經維
指導教授-朱建平
指導教授-陳瑾惠
中文關鍵字   熱機處理   
英文關鍵字 thermomechanical treatmen  molybdenum  titanium 
學科別分類
中文摘要 本實驗中,對經過室溫滾壓的Ti-15Mo-1Bi之合金進行不同熱處理,以控制彈性模數為主要目的,以ST(900,5m)A(400,24h)能夠得到最高的彈性模數有100GPa。在條件ST(900,5m)能夠有最低的彈性模數有75GPa。在彈性模數最高與最低的差距為25GPa,能夠得到差距變化為最低彈性模數的33%。
對於Ti-7.5Mo合金進行不同熱機處理,藉以探討其對機械性質的影響。時效溫度在500℃時,強度最高,但延性最低,而時效溫度在600℃的條件兼具強度與延伸率。直接鑄造的彈性模數是最低的條件,有60GPa,並且在時效溫度500℃時,彈性模數有最高值92GPa,有;熱滾壓後空冷再去固溶900℃5分鐘後時效500℃8小時這個條件,彈性模數同樣有最高值。在彈性模數的控制上就有最高彈性模數93GPa與最低彈性模數60GPa,此差距為33GPa,能夠得到差距變化為最低彈性模數的50%。
英文摘要 In this study, for the rolled Ti-15Mo-1Bi at room temperature was given in different thermal treatments. The control of elastic modulus is the main purpose. The condition of solute treatment at 900℃ for 5 minutes and then aging treatment at 400℃ for 24 hours possesses the highest elastic modulus value which is 100 GPa. The condition of solute treatment at 900℃ for 5 minutes has the lowest elastic modulus value which is 75 GPa. The biggest difference of elastic modulus is from these two conditions of thermal treatment which is 25GPa.
The second part of the experiment is an observation of the effects of different thermalmechanical treatments for Ti-7.5Mo. The condition of aging treatment at 500℃possesses the best strength but the worst ductility. The condition of aging treatment at 600℃ possesses good strength and ductility. The condition of cast possesses the lowest elastic modulus value which is 60 GPa. The condition of aging treatment at 500℃ for 8 hours possesses the highest elastic modulus value which is 92 GPa. And the condition that given hot rolling then solute treatment at 900℃ for 5minutes and aging treatment at 500℃ for 8 hours possesses the same value. The difference of the values between these two conditions of thermalmechnaical treatment is 30GPa.
論文目次 總目錄
摘要 I
abstract II
誌謝 III
表目錄 IX
第一章前言 1
1- 1研究背景 1
1- 2生醫材料概論 2
1- 3生醫材料的分類 3
1- 4金屬生醫材料的性質及總類 8
1-4- 1不鏽鋼Stainless steel 9
1-4- 2鈷基合金 10
1-4- 3鈦合金Ti-Alloy 11
1- 5研究目的 12
第二章文獻回顧 14
2- 1鈦的發展 14
2- 2純鈦之性質 15
2- 3純鈦及鈦合金之類別與應用 18
2-3- 1α或near α型鈦合金 19
2-3- 2β型鈦合金 23
2-3- 3α+β型鈦合金 28
2-3- 4α”型鈦合金 28
2- 4Mo當量 29
2- 5應力遮蔽(stress shielding)效應 30
第三章 理論基礎 32
3- 1引言 32
3- 2金屬的強化機制 33
3-2- 1加工硬化(work hardening) 33
3-2- 2退火處理(annealing) 34
3-2- 3固溶處理(solution treatment) 35
3-2- 4時效處理 36
3-2- 5析出硬化的條件 36
3-2- 6析出硬化之強化機構 39
3-2- 7ω相的形成機制 42
3-2- 8α相的析出 46
第四章 實驗步驟及方法 47
4- 1實驗流程 47
4- 2合金材料及製備 48
4- 3合金熔煉及鑄造設備 49
4- 4滾壓過程 53
4- 5試片製作 54
4- 6固溶處理 55
4- 7時效處理 55
4- 8X光繞射(X-Ray Diffraction,XRD)相分析 56
4- 9金相組織觀察 56
4- 10拉伸測試 57
4- 11硬度測試(Hardness Test) 58
4- 12掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)觀察與能量散佈分析儀(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)合金成分分析 59
第五章 實驗結果與討論 60
5- 1Ti-15Mo-1Bi合金進行機械性質測試 60
5-1- 1相組成與拉伸性質 60
5- 2Ti-7.5Mo合金進行機械性質測試 65
5-2- 1成分分析與相組成 65
5-2- 2金相組織分析 68
5-2- 3Ti-7.5Mo拉伸機械性質與其破斷面觀察 73
第六章 結論 87
第七章 文獻回顧 89

圖目錄
圖2- 1 鈦的其他滑移系 16
圖2- 2 不同元素形成穩定相圖的分類 18
圖2- 3 鈦添加α穩定相系元素之相圖(A)Ti-C(B)Ti-O 21
圖2- 4 鈦添加α穩定相系元素之相圖(C)Ti-N(D)Ti-Al 22
圖2- 5 常見鈦添加β穩定相系元素之相圖(A)Ti-Cr(B)Ti-Ni 24
圖2- 6 常見鈦添加β穩定相系元素之相圖(C)Ti-Mo(D)Ti-Nb 25
圖2- 7 不同β相穩定元素造成(a)isomorphous及(b)eutectoid兩種不同的相圖 27
圖3- 1 四個影響材料的重要因素 32
圖3- 2 金屬經冷加工後退火的性質 35
圖3- 3 析出物與基底的鍵結關係 38
圖3- 4 差排經過析出相的變形 41
圖3- 5 差排通過超晶格時,能量變化曲線 41
圖3- 6 Orowan 散佈強化機構圖 42
圖3- 7 析出相強度與時間關係圖 42
圖3- 8 介穩相β’和ω在α+β合金中析出區間 44
圖3- 9 β相轉變成ω相示意圖 45
圖3- 10 ω相結構 45
圖4- 1 鑄造機CASTMATIC示意圖 51
圖4- 2 石墨模 52
圖4- 3 100噸滾壓機 54
圖4- 4 試片形狀與規格 54
圖4- 5 日本Shimadzu公司動態疲勞試驗機 57
圖4- 6 維克氏微硬度試驗機 59
圖4- 7 環境式電子顯微鏡 60
圖5- 1 Ti-15Mo-1Bi經過各種熱機處理的拉伸強度、降伏強度、延展性 63
圖5- 2 Ti-15Mo-1Bi經過各種熱機處理的彈性模數 64
圖5- 3 Ti-7.5Mo不同時效時間之XRD相分析圖 68
圖5- 4 Ti-7.5Mo不同熱機處理之XRD相分析圖 69
圖5- 5 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的金相圖(200X) 70
圖5- 6 Ti-7.5Mo經過熱滾壓後水冷或空冷的表面、縱相和橫截面的微觀組織圖(200X) 72
圖5- 7 7.5Mo經過熱滾壓後水冷,固溶900℃5分鐘後時效500℃8小時的表面、縱相和橫截面的微觀組織圖(200X) 73
圖5- 8 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的拉伸機械性質 75
圖5- 9 Ti-Mo相圖(Trenogina,T.L,Lerinaman,R.M. 1982) 76
圖5- 10 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的拉伸彈性模數 77
圖5- 11 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的硬度值 79
圖5- 12 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的拉伸彈性變形量 80
圖5- 13 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的拉伸破斷面(250X) 82
圖5- 14 Ti-7.5Mo鑄造與經過熱機處理的拉伸破斷面(1000X) 85

表目錄
表1- 1生醫材料的分類 7
表2- 1 純鈦和其他常用金屬的一些基本物理性質 17
表4- 1 材料成分表 48
表5- 1 Ti-15Mo-1Bi合金相條件整理 62
表5- 2 Ti-7.5Mo的EDS成分分析結果 67
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