織為單一沃斯田鐵相(single austenite)。
圖2(a)為試片經過 650℃、6 小時熱處理後的光學顯微鏡照片，由
圖1 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經過 1050℃、1.5 小時固溶熱處理後之 光學顯微鏡照片。
圖 2(a)
圖2(b)
圖 2(c)
圖2 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經過 650℃、6 小時時效處理後之(a)光 學顯微鏡照片、(b)~(c)穿透式電子顯微鏡照片。(b)為明視野 照片、(c)為擇區繞射圖(hkl：沃斯田鐵相，hkl：κ′碳化物，
zone-axis為[001])。
射點外，還可以觀察到由析出物造成的繞射點，而析出物的晶格常數 增加，晶界上的κ 碳化物則呈現層狀結構(lamellar structure)。
表三所列為合金經不同熱處理條件後，利用影像分析軟體對光學 顯微鏡照片中晶界上κ 碳化物所占面積比例進行分析的結果，可以看 出隨著時效時間增加，κ 碳化物的比例會隨之增加。由光學顯微鏡與
穿透式電子顯微鏡的觀察與分析結果，我們得知在淬火狀態下鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金的顯微結構為單一沃斯田鐵相。經 650℃時效處理 後，具L′12結構的 κ′與 κ 碳化物會分別在基地內和晶界上整合與異質 析出。
圖 3(a)
圖3(b)
圖3 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經過 650℃、48 小時時效處理後之(a) 光學顯微鏡照片及(b)穿透式電子顯微鏡明視野照片。
表三 晶界上 κ 碳化物所占面積百分比(%)。
熱處理條件 固溶處理 650℃
6 小時
650℃
12 小時
650℃
24 小時
650℃
48 小時
析出物面積百
分比(%) 0 3.33 7.35 18.46 32.98
4-2 衝擊試驗結果
鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金在不同條件下 charpy 衝擊試驗的結果整理 於表四；衝擊溫度對合金衝擊值的影響另外整理如圖4。由圖 4 中可 以看出，固溶與經不同時間時效處理的試片，其衝擊值都會隨著衝擊 溫度下降而下降，並且在-70℃至-140℃的溫度區間內有韌性-脆性轉 換(ductile-to-brittle transition)行為發生，這種現象與過去學者在 304、
304L 及 21-6-9 等不鏽鋼及經固溶處理後的鐵-7.8 鋁-29 錳-1 碳-1.5 矽
合金中觀察到的結果類似[26]。而隨著時效處理時間及晶界上κ 碳化物 析出量的增加，合金的韌-脆轉換行為則變得較不明顯。另外我們以
韌性破斷時所吸收最高能量的 50%計算試片的能量轉換溫度(energy transition temperature，TrE)，發現所有試片的能量轉換溫度均約為 -130℃。
中而造成晶界發生破斷的效應會更明顯。在過去有關鐵鋁錳碳合金機 械性質的研究中[56, 71-72]，學者發現到當鐵鋁錳碳合金的晶界上有κ 碳 化物析出時，合金的延性會顯著的下降，這是因為 κ 碳化物的剛性 (stiffness)遠較沃斯田鐵相高，當受力產生變形時 κ 碳化物會因無法承
受與沃斯田鐵相相當的變形量而先破斷，使裂縫在κ 碳化物間起源、 洞的存在，而是呈現劈裂破斷表面(cleavage fracture surface)的脆性破 斷特徵。並且可以在局部觀察到破斷後的 κ 碳化物，而在低溫衝擊
時，更可以觀察到裂縫除了在κ 碳化物間互相連接外還會在基地內傳 播。
由顯微結構的觀察及衝擊試驗結果，我們發現到鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金在650℃時效處理時，隨著時效時間的增加，晶界上 κ 碳化物 的量會增加，尺寸也會成長，並導致合金的衝擊值隨之下降。
表四 衝擊測試結果(能量單位：J/cm2)
溫度 SHT 6hr 12hr 24hr 48hr 25℃ 298.5 281.7 244.6 196.6 93.6
0℃ 287.7 274.1 236.3 187.9 88.1 -70℃ 255.8 236.9 201.1 170.3 70.8 -140℃ 136.2 130.4 106.2 89.2 33.1 -196℃ 78.6 68.8 66.4 53.7 23.5
圖4 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金在不同熱處理條件下，衝擊溫度與衝 擊值的關係。
圖5 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金在不同衝擊溫度下，熱處理條件與衝 擊值的關係。
圖 6(a)
圖6(b)
圖6 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經固溶熱處理及衝擊測試後的掃描式 電子顯微鏡破斷面照片。(a)及(b)的衝擊溫度分別為 25℃及 -196℃。
圖 7(a)
圖7(b)
圖 7(c)
κ κ→
圖7(d)
圖7 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經 650℃、48 小時時效處理及衝擊測 試後的掃描式電子顯微鏡破斷面照片。(a)及(c)的衝擊溫度分 別為25℃及-196℃，(b)及(d)分別為(a)與(b)的局部放大。
結
圖 8(a)
圖8(b)
圖 8(c)
圖8 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經(a)固溶處理及(b)650℃、48 小時時 效處理並在25℃衝擊測試後的掃描式電子顯微鏡自由表面照 片。(c)為(b)的局部放大。
圖 9(a)
圖9(b)
圖9 鐵-9 鋁-30 錳-1 碳合金經 650℃、48 小時時效處理並在 25℃
進行衝擊測試後的穿透式電子顯微鏡照片。(a)為明視野，(b) 為擇區繞射圖(hkl：沃斯田鐵相基地、hkl：κ′碳化物、hklT
或hklT：由形變雙晶造成的繞射點，zone axis為[011])。
金在變形前後的微結構變化有非常大的影響。當合金在固溶狀態下， 較低的合金中被觀察到。例如在鐵-8 鋁-28 錳(0.77、1.01、1.19)碳合 金中，當碳含量高於 0.77wt%時便觀察不到形變雙晶的存在[39]。一般
必將大量消耗基地內的碳原子而使基地內的碳含量下降，並降低沃斯 田鐵基地的疊差能，而促使形變雙晶發生。值得注意的是在以往有關 沃斯田鐵系鐵鋁錳碳合金的研究中，從未有學者發現過類似的情況。
另外，一般來說在大多數合金中，形變雙晶的產生多能對材料有增加 韌性的效果，在實驗過程中我們也觀察到當時效時間延長到 24 小時 以上時在衝擊試驗後便可以觀察到形變雙晶的產生，且形變雙晶的密 度會隨著時效時間增加而提高，由衝擊試驗的結果(表四及圖 4)我們 可以觀察到本合金經過長時間(48 小時)時效處理後韌-脆轉換行為變 的較不明顯，表示形變雙晶的產生對合金有一定程度的增加韌性效 果，然而若需明確了解形變雙晶對鐵鋁錳碳合金機械性質的影響，則 尚需更進一步的研究。