物且具有織構狀結構(modulated structure)，且在晶界上沒有任何的析出物。圖 2(b) 和(c)為包含沃斯田鐵母相和細微析出物的擇區繞射圖型(selected-area diffraction pattern,SADP)，區軸(zone axis)分別為[001]和[011]。從擇區繞射圖型可以看到由 母相的繞射點，可得知基地為具有面心立方（fcc）沃斯田鐵相（austenite phase），
且還包含了強度較弱的超晶格點（superlattice spots），如 100、010、210、110、120…
等，這些超晶格點是由微細的析出物所產生的。我們可觀察出這些超晶格點中，100 和 120 的點強度大於 110，可得知微細的析出物是具有 L′12結構的(Fe,Mn)3AlC 碳化物 (κ′碳化物) [3,32,33,55,62,88-90]
。圖 2(d)為合金經固溶熱處理後，穿透式電子顯微鏡的(100)κ′
圖 1.鐵-9 鋁-30 錳-2 碳合金經過 1200℃,2 小時固溶熱處 理後淬火的 OM 照片。
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圖 2(a)
圖 2(b)
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圖 2(c)
圖 2(d)
圖 2.鐵-9 鋁-30 錳-2 碳合金經過 1200℃,2 小時固溶熱處理後的TEM照片。(a)BF照片，
(b)-(c)包含沃斯田鐵母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸分別為[001]
和[011]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl為κ′-碳化物)，(d)(100)κ′ DF照片。
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由圖 7(b)為穿透式電子顯微鏡的 BF 照片可清楚看到晶界上會有異質(heterogeneous) 析出的κ-碳化物，而在沃斯田鐵晶粒內的微細κ′-碳化物持續成長。圖 7(c) 為包含 沃斯田鐵母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸為[001]，經由繞射點可證明在沃 斯田鐵晶粒內持續成長的κ′-碳化物也同樣具有 L′12的結構。而圖 7(d) 為晶界上κ碳
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（lamellar structure）。另外可發現將圖 8(c)與圖 7(b)相比，在沃斯田鐵相基地內 整合析出的κ′-碳化物已經長大很多。圖 8(d) 為包含沃斯田鐵母相和細微κ′碳化物的
（nucleation＆growth mechanism）所形成。
在典型的沃斯田鐵系鐵鋁錳碳（鐵-（8～10）鋁-（28～30）錳-（0.9～1.3）碳）
合金，經固溶處理，合金的顯微結構為單一的沃斯田鐵相，無任何的析出物；在約 550
℃長時間的時效處理後，在沃斯田鐵基地相內整合析出均勻分佈的κ′碳化物，造成強
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化的效果，在室溫拉伸時合金最大抗拉強度(UTS)可達到 140～160ksi，且仍可保有 57
～31.5％的延伸率[42] ；本論文採用添加 2.0wt％碳於鐵-9.Owt％鋁-30wt％錳合金中，
再經由高溫 1200℃、2 小時的固溶處理後迅速淬火，除了可得到完全的沃斯田鐵相結 構，並且會在淬火過程中以史賓諾多相分解反應在沃斯田鐵母相基地中型成κ′碳化 物，因此合金在相對於較低溫的 450℃和較短時間的時效熱處理，就能使合金達到時效 硬化的效果，其強度明顯增加，達到 170～240ksi，且仍具有 38～10％的延展性。
圖 3(a)
圖 3(b)
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圖 3(c)
圖 3(d)
圖 3.合金經過 450℃、6 小時時效熱處理後的TEM照片。(a)BF照片，(b)-(c)包含沃斯 田鐵母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸分別為[001]和[011]，(hkl為沃 斯田鐵母相，hkl為κ′-碳化物)，(d)(100)κ′ DF照片。
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圖 4(a)
圖 4(b)
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圖 4(c)
圖 4.合金經過 450℃、12 小時時效熱處理後的TEM照片。(a)BF照片，(b)包含沃斯田鐵 母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸為[001]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl 為κ′-碳化物)，(c)(100)κ′ DF照片。
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圖 5(a)
圖 5(b)
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圖 5(c)
圖 5(d)
圖 5.合金經過 450℃、24 小時時效熱處理後的TEM照片。(a)BF照片，(b)包含沃斯田鐵 母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸為[001]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl 為κ′-碳化物)，(c)晶界上κ碳化物的擇區繞射圖型，區軸為 [001]，(hkl為沃 斯田鐵母相，hkl為κ-碳化物)，(d) (100)κ′ DF照片。
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圖 6(a)
圖 6(b)
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圖 6(c)
圖 6.合金經過 550℃、3 小時時效熱處理後的TEM照片。(a)BF照片，(b)包含沃斯田鐵 母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸為[001]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl 為κ′-碳化物)，(c) (100)κ′ DF照片。
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圖 7(a)
圖 7(b)
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圖 7(c)
圖 7(d)
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圖 7(e)
圖 7.合金經過 550℃、6 小時時效熱處理後(a)SEM照片，(b)-(e)TEM照片，(b)BF照片，
(c)包含沃斯田鐵母相和細微κ′碳化物的擇區繞射圖型，區軸為[001]，(hkl為沃 斯田鐵母相，hkl為κ′-碳化物)， (d)晶界上κ碳化物的擇區繞射圖型，區軸為 [001]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl為κ-碳化物)，(e) (100)κ′ DF照片。
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圖 8(a)
圖 8(b)
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圖 8(c)
圖 8(d)
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圖 8(e)
圖 8.合金經過 550℃、24 小時時效熱處理後(a)SEM照片，(b) SEM照片的局部放大，
(c)-(e)TEM照片，(c)BF照片，(d)包含沃斯田鐵母相和細微κ′碳化物的擇區繞射 圖型，區軸為[001]，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl為κ′-碳化物)，(e)晶界上κ碳化 物的擇區繞射圖型，區軸為 [001] ，(hkl為沃斯田鐵母相，hkl為κ-碳化物)。
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30 迅速淬火，此時合金擁有良好的最大抗拉強度(UTS)160ksi 及極佳的 55％延伸率，這 是由於在沃斯田鐵的母相中包含微細的(Fe,Mn)3AlC 碳化物(κ′碳化物)，其中具備 L′12
31 時可達到，但是所得之強度峰值是較高的，強度值為 240ksi；而在 550℃時效，合金 雖然可以在較短時間達到析出硬化的效果，在時效 6 小時即可達到，但是所得之強度
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前人的研究成份範圍在鐵-（8～10）鋁-（28～35）錳-（0.9～1.3）碳的合金經過固 溶處理後急速淬火，其顯微結構為單一的沃斯田鐵相；再經過 500℃～750℃做 0.5 小 時到 16 小時的時效處理後，具有 L′12結構的細微(Fe,Mn)3AlCX碳化物開始在沃斯田鐵 母相內沿著＜100＞方向做整合性（coherent）的析出，而在晶界上則完全看不到析出 物。這是因為本論文鐵鋁錳合金的含碳量添加到 2.0wt％，而碳是形成κ碳化物的主要 元素，故合金在 550℃、6 小時的時效熱處理時，在沃斯田鐵相的晶界就會產生κ碳化 物。
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表一.鐵-9 鋁-30 錳-2 碳合金經由在固溶熱處理和經過不同時效熱處理溫度及時間後 的機械性質。
熱處理條件 UTS(MPa) UTS(ksi) YS(ksi) EL(％) SHT 1105 160 128 55 450℃,6h 1214 176 144 38 450℃,12h 1565 227 193 24 450℃,18h 1654 240 211 10 450℃,24h 1476 214 194 3 550℃,3h 1272 184 151 32 550℃,6h 1354 196 173 14 550℃,12h 1163 168 151 3 550℃,24h 910 132 125 1
圖 9.鐵-9 鋁-30 錳-2 碳合金之最大抗拉強度、降伏強度及延伸率與時效溫度及時間關 係圖。
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3-4.破壞行為觀察分析
合金在拉伸試驗下，其破斷面型態和破裂模式都深受熱處理條件與顯微結構 之 影 響 ， 兩 者 間 之 關 係 我 們 利 用 掃 描 式 電子顯微 鏡來進 行觀察與分 析。 破 斷 面 (fracture surface)與自由表面(free surface)之掃描式電子顯微鏡觀察分析，其結 果分別呈現如下。
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38 合金強度(184ksi)繼續增加，但延性(32％)就下降了。圖 14(b)為合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後迅速淬火加上 550℃、3 小時時效熱處理後，經拉伸試驗之自由表面
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圖 10(a)
圖 10(b)
圖 10.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b) 自由表面照片。
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圖 11(a)
圖 11(b)
圖 11.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 450℃、6 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片。
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圖 12(a)
圖 12(b)
圖 12.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 450℃、12 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片。
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圖 13(a)
圖 13(b)
圖 13.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 450℃、24 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片。
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圖 14(a)
圖 14(b)
圖 14.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 550℃、3 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片。
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圖 15(a)
圖 15(b)
圖 15.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 550℃、6 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片。
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圖 16(a)
圖 16(b)
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圖 16(c)
圖 16.合金經過 1200℃，2 小時固溶熱處理後淬火加上 550℃、24 小時時效熱處理後的 SEM 照片。(a)破斷面照片，(b)自由表面照片，(c)自由表面局部放大照片。
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