1.1 簡介
以 Co、Mo 為主要強化元素之 18% Ni 麻時效鋼(Maraging steel)，
經固溶退火(Solution annealing)處理後不論冷卻速度快慢，皆會完全變 態為質軟的低碳麻田散鐵組織(Martensite structure)。其後經由時效 (Aging)熱處理，使麻田散鐵基地析出分佈均勻極細的金屬間化合物 (Intermetallic compound)，以阻礙差排滑移(Dislocation slip)來強化材料 的機械性質[1-3]。
麻 時 效 鋼 經 固 溶 熱 處 理 後 ， 具 有 高 破 斷 韌 性 (Fracture toughness)、延展性、成形性佳及良好銲接性。經簡易熱處理即可獲得 高抗拉強度，且尺寸變化甚微，又無表面脫碳的困擾，並具有優良的 高溫操作及耐蝕等特性，廣泛應用在航太精密科技之載具及推進器系 統及深海潛艇與核能工業(圖 1-1)[1-7]。
為能發揮麻時效鋼的優良特性及製程品質控制，航太科技工業經 常應用旋形加工(Flow forming)及電子束銲接(Electron beam welding, EBW)精密加工製程技術，製造如高性能的飛行推進器及結構系統。
旋形加工為非切削性、無屑之冷作成型加工製程技術[8-11]，可製造 長且薄的高精密無縫管件，有增加強度、節省材料、加工快速及低成 本之優點。電子束銲接製程技術[2,11-13]則具有熱輸入量小、銲道深 寬比大、熱影響區(Heat affected zone, HAZ)窄、銲後變形小及工件表 面不易氧化等特性。
圖1-1 麻時效鋼在航太發動機(Motor)及深海潛艇的應用[7]
1.2 研究動機與目的
18%Ni 麻時效鋼自開發以來，對航太工業的發展貢獻良多。超高 強度及優異機械性質的麻時效鋼成為航太科技工業主要的應用材 料，並廣泛應用在太空、大氣層內之飛行器及深海之潛航器等高科技 產品[7]。隨著航太科技工業需求性能的不斷提升，傳統的製造技術已 不符效益。因此，各界均致力於開發更精良、快速及高效率的製程以 及材料特性的掌握與發揮。
在航太科技工業所應用的飛行載具必須具備重量輕及強度高的 要求條件。而在使用的過程中，必須同時承受內部燃燒所產生的高 溫、高壓及外部因飛行氣流產生的熱效應，以及支撐整體結構的高應 力負荷，因此載具必須具備一定的結構強度及應變能力。因此，為了 提升製程效益及材料機械性質與控制品質，航太製造工業經常採用精 密無縫「旋形冷作加工」及高能量「電子束銲接」製程技術來達成。
然而，之前研究 [8-11] 結果顯示，C-250 級麻時效鋼(簡稱為「麻 時效鋼」)經高斷面減縮率(79%)之順流旋形(Forward flow forming)冷 作加工(簡稱為「旋形加工」)及高能量電子束銲接製程，再施以 480℃/6h/AC 時效熱處理後，銲道因強化元素偏析(Segregation)作用導 致強化不足及母材產生加工硬化效應，銲道強度隨著加工量增加而形 成極大的落差，導致延伸率(Percentage elongation)嚴重不足(1.2%)，
僅達 AMS 6520D 規範值(2.5%)的 48%。此影響藉由一般的熱處理程 序無法有顯著的改善[2,8-11]。若應用在飛行載具，則因銲道強度及延 伸率不足形成整體結構的脆弱點，嚴重限制了在航太科技工業的發 展。
因此，為了解決麻時效鋼經高斷面減縮率之旋形加工(簡稱為「旋 形麻時效鋼」)及電子束銲接後延伸率嚴重不足的窘境，本研究有系 統的規劃六組研究與實驗程序，經由先前的推論與實驗以獲得正確的 相互關係後，再依據結果規劃設計解決的方案，進行全尺寸之實體試
麻時效鋼進行相同參數之電子束銲接，經由實驗分析以獲得不同旋形 量電子束銲件與延伸率的相互關係及影響程度；(3)以高、低電子束能 量進行銲接及銲前先消除加工應力製程，經由實驗以獲得銲道內強化 元素之偏析量及消除應力，對旋形銲件的強度與延伸率的影響及相互 關係，以解決延伸率不足的問題；(4)以低功率的電子束在銲道處，分 別施以銲前預熱及銲後續熱之不同製程，以獲得低功率電子束熱處理 對銲道與熱影響區之顯微組織結構與延伸率的影響；(5)經 79%高旋形 加工量的麻時效鋼及電子束銲件，進行不同高溫環境的實驗，以獲得 高溫對母材與銲道的機械性質及顯微組織結構的影響；(6)對 79%旋形 麻時效鋼，施以450℃～600℃不等的時效熱處理製程，以獲得時效溫 度對晶粒細化及延伸率的影響與關係，並藉由不同時效熱處理製程之 組合條件，以增加旋形麻時效鋼及電子束銲件在延伸率應用彈性的廣 度。希望由此六組的結果提供日後研究與使用者，在考量材料強度及 延伸率選用時之製程組合的參考依循。
藉由以上的實驗設計與研究分析，將分別獲得：(1)不同旋形加工 量於常溫及高溫環境應用之機械特性；(2)不同旋形加工量對電子束銲 件強度及延伸率的影響；(3)79%旋形管件經由降低電子束熱輸入量以 提升銲件強度及延伸率的最佳關鍵製程；(4)79%旋形管件經由電子束 銲前預熱及銲後續熱處理，以改變銲件破斷的型態來提升延伸率之關 鍵技術。最後經由上述完整且最適化的關鍵製程技術，提高銲件強度 及解決延伸率嚴重不足的瓶頸，以提升麻時效鋼對航太科技發展的貢 獻。