热处理对於不同铸造方式之AISI420不锈钢微结构与机械性质影响-YOKE.PDFVIP

熱處理對於不同鑄造方式之AISI 420 不銹鋼微結構與機械性質影響 陳松嶺* 張世賢 楊衍鴻 李俊毅 國立台北科技大學材料科學與工程研究所 本研究藉著不同的鑄造方式與持溫時間 ，比較其對AISI 420 不銹鋼微結構與機械性質之影響，微結構的探討包含晶 粒大小、碳化物析出與破壞分析 ；機械性質差異之比較方面 ，如硬度、衝擊值、抗拉強度、斷面收縮率與伸長率等 ，此外 ， 同時進一步探討微結構組織產生之差異，對於機械性質所造成之影響。AISI 420 不銹鋼鑄錠是採用瑞典Uddeholm 公司 製造之預熔合金顆粒(Granshot) ，其鑄件之製備係使用高週波熔煉爐，於一般大氣條件下進行 。每一爐次加入7 公斤之原 始塊材，待溫度升至 1700°C 後開始進行持溫，持溫時間為 1 分鐘、10 分鐘與30 分鐘 ，並分別澆鑄於金屬模與乾砂模， 鑄造凝固完成後之鋼錠，使用退火調質 ，再依流動方向取樣 ；接著進行淬火與低溫回火處理，藉以探討不同鑄造方式 與持溫時間對於AISI 420 不銹鋼顯微結構與機械性質之影響 。實驗結果顯示 ，AISI 420 不銹鋼鑄造方法需在一定的熔融 高溫下(1700°C) ，以提供金屬液凝固所需之驅動力，原始鑄錠的樹枝狀晶比率，隨持溫時間的增加而上升。較長持溫時間(30 分鐘)的乾砂模鑄錠 ，經過熱處理後具有較佳的衝擊韌性，平均的衝擊值由7.63 J 提升至 14.3 J ；相反地 ，由於較快的冷卻 速率，較長持溫時間(30 分鐘)的金屬模鑄件，經過熱處理後其衝擊值反而由5.77 J 下降至2.93 J ，顯示持溫時間的增加， 對金屬模鑄件的韌性並沒有幫助 。 關鍵字: 鑄造 、AISI 420 不銹鋼 、退火、淬火、低溫回火 1.前言 AISI 420 不銹鋼屬於麻田散鐵型不銹鋼，需要藉由熱處 進行衝擊試片之製作，每一鑄錠依前、中、後段分別做出衝 (1) 理達到硬化 ，改變其機械性質提升耐蝕性 ，其具備優異的 擊試片，再針對這些材料進行顯微組織性質與機械性質的分 硬化能 ，在一般的條件下即可形成麻田散鐵組織 ，典型的 析 ，再選出澆鑄品質較優良之部位進行淬火、低溫回火處 AISI 420 不銹鋼不含鎳 ，故耐腐蝕性低於一般的沃斯田鐵 理，最後再比較其機械性質與顯微組織性質的的差異，本實 (2) 型、肥粒鐵型不銹鋼 ，只能適用於輕度腐蝕的環境 ，但相 驗之流程如圖1 所示 。 對的其原料價格較便宜，且能藉由熱處理產生麻田散鐵，來 提升材料的耐磨耗性與強度，此類不銹鋼在業界中多用來製 造較高硬度與高精度模具、醫療器材、彈簧、軸承、螺栓、 (3) 閥門及軸件等需要承受高應力之零件 。 本研究嘗試使用不同持溫時間與鑄造方式來製造 AISI 420 麻田散鐵型不銹鋼，研究中將針對顯微組織與機械性質 的影響來進行一系列的探討，藉此過程建立並評估不同製程 的AISI 420 麻田散鐵型不銹鋼 ，從原料冶煉、澆鑄成形到 熱處理與機械加工過程的完善機制，希望有利於國內在鑄造 AISI 420 麻田散鐵型不銹鋼範疇的開發與研究 。 麻田散鐵型不銹鋼中 ，鉻的質量百分率介於 11.5 %至 18.0 %之間，碳的質量分率最高可達0.6 % ，依照碳元素的 圖1 實驗流程圖 (4) 添加 ，又可細分為低碳、中碳與高碳三種類型 ，微量的鎳 元素亦常添加於此類不銹鋼中，藉以提升抗腐蝕能力與促進 本實驗所使用的AISI 420 預熔合金顆粒(Granshot)其成 麻田散鐵相析出，而藉由鉻、鎳元素的添加又可細分出，麻 分比例分別為 ：13.6 % Cr 、0.3 % V 、0.38 % C 、0.9 % Si 及 田散鐵型鉻鎳不銹鋼、析出硬化不銹鋼與麻田散鐵型時效不 0.5 % Mn 與84.32 % Fe