拉伸破斷面觀察與分析

1. 58%旋形加工之麻時效鋼

圖 4-12 為 C-250 經旋形加工後之拉伸破斷試片。由巨觀相片圖 4-12 a 顯示，為頸縮（Necking）破斷形式，同時觀察 SEM 巨觀破斷 面（圖4-12 b）顯示，破斷截面亦呈現大幅頸縮的延性破斷形態且無 劈裂現象。由此可見，固溶 C-250 經 58% 旋形加工後，雖晶粒已產 生纖維化及加工硬化的效果，仍保有相當的延展性（6.2%）。由 SEM 的顯微觀察顯示為非均勻之延性漩渦狀（Dimples）顯微組織結構，如 圖4-12 c 及圖 4-12 d 所示。

2.5mm

a b

0.2mm

圖4-12 旋形 C-250 拉伸試片破斷圖：（a）OM 巨觀；（b）SEM 延性破斷 面；（c）、（d）非均勻漩渦狀顯微組織 SEM。

25 µm d

25µm c

2.不足時效熱處理(480℃/1h/AC)

圖 4-13 為 C-250 旋形試件經 480℃/1h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-13 a 顯示，為頸縮破斷形式，同時觀察 SEM 巨觀破斷面（圖 4-13 b）顯示，破斷截面呈現微量頸縮及準劈裂面

（Quasi-cleavage plane）的混合破斷現象。由此可見，C-250 旋形試件 經一小時時效處理，在加工硬化及析出強化複合效果下，材料性質已 出現脆性破斷現象。由 SEM 的顯微觀察顯示為非均勻之延性漩渦狀 顯微組織及空孔顯微結構（如圖4-13 c 所示）及破斷截面兩側階梯狀 劈裂破斷面（圖4-13 d 所示）。

圖 4-13 旋形 C-250 經 480℃/1h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）準劈裂破斷面之 SEM；（c）漩渦狀顯微組織；（d）

階梯狀劈裂破斷面。

25µm d

25µm c

2.5mm

a b

0.2mm

3. 時效熱處理(480℃/3h/AC)

圖4-14 為 C-250 旋形試件經 480℃/3 h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-14 a 顯示，為頸縮破斷形式，同時觀察 SEM 巨觀破斷面（圖4-14 b）顯示，破斷截面呈現頸縮延性破斷現象，且 準劈裂面亦較不明顯。由 SEM 的顯微觀察顯示為非均勻漩渦狀顯微 組織，且漩渦狀組織有被拉起之延性現象，如圖4-14 c 及圖 4-14 d 所 示。

圖4-14 旋形 C-250 經 480℃/3h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）延性破斷面之 SEM；（c）漩渦狀顯微組織；（d）

漩渦狀顯微組織。

25µm d

25µm c

2.5mm

a b

0.2mm

4.時效熱處理(480℃/6h/AC)

圖 4-15 為 C-250 旋形試件經 480℃/6h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-15 a 顯示，呈現微量頸縮的現象，同時觀察 SEM 巨觀破斷面（圖 4-15 b）顯示，破斷截面兩側為少許準劈裂面，

中間處呈現空孔現象。由 SEM 的顯微觀察顯示，呈現更為細小且非 均勻漩渦狀顯微組織，且呈現拉起之延性現象（圖 4-15 c 所示）；圖 4-15 d 顯示，延劈裂線兩側之漩渦狀組織較圖 4-15 c 細小，為混合著 漩渦狀組織與準劈裂面破壞形式，而非全脆性破斷面破斷。由此可 見，C-250 旋形試件經六小時時效熱處理後，抗拉強度雖以達最大值，

但材料仍保有良好之延性（3.9%）。

2.5mm

a b

0.2mm

圖 4-15 旋形 C-250 經 480℃/6h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）延性破斷面之 SEM；（c）漩渦狀顯微組織；（d）

漩渦狀顯微組織及準劈裂破斷面。

d

25µm 25µm

c

5. 不足時效熱處理(450℃/6h/AC)

圖4-16 為 C-250 旋形試件經 450℃/6 h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-16 a 顯示，呈現不規則破斷及不明顯之頸縮 現象，同時觀察 SEM 巨觀破斷面（圖 4-16 b）顯示，破斷截面呈現明 顯階梯狀及準劈裂面破斷現象。由 SEM 的顯微觀察顯示，仍為非均 勻大小之漩渦狀顯微組織（圖4-16 c 所示）；圖 4-16 d 顯示，為階梯 狀準劈裂破斷面上，呈現更細小漩渦狀組織。

2.5mm

a b

0.2mm

圖4-16 旋形 C-250 經 450℃/6h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）階梯狀劈裂破現象 SEM；（c）非均勻漩渦狀顯微 組織；（d）階梯狀與漩渦狀顯微組織。

25µm d

25µm c

6. 過時效熱處理(510℃/6h/AC)

圖4-17 為 C-250 旋形試件經 510℃/6 h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-17 a 顯示，破斷呈現小幅頸縮之破斷形式，

同時觀察SEM 巨觀破斷面（圖 4-17 b）顯示，破斷截面上、下兩側呈 現類似準劈裂破斷現象，中間出現少許空孔為破壞之起始處，呈現延 性之破裂形態。由 SEM 的顯微觀察顯示，佈滿非均勻大小之漩渦狀 顯微組織，部分漩渦狀組織有微量成長之趨勢（圖 4-17 c 所示）；圖 4-17 d 顯示，準劈裂面上非均勻漩渦狀組織。

2.5mm

a b

0.2mm

圖4-17 旋形 C-250 經 510℃/6h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）延性破斷面之 SEM；（c）漩渦狀顯微組織；（d）

準劈裂面上非均勻漩渦狀組織。

d

25µm 25µm

c

7. 過時效熱處理(540℃/6h/AC)

圖4-18 為 C-250 旋形試件經 540℃/6 h/AC 時效熱處理之拉伸破 斷試片。由巨觀相片圖4-18 a 顯示，破斷呈現頸縮及階梯狀破斷現象，

同時觀察SEM 巨觀破斷面（圖 4-18 b）顯示，階梯狀破斷面更為明顯，

中間區域出現少許空孔現象。由 SEM 的顯微觀察顯示，此熱處理條 件C-250 旋形試材之漩渦狀顯微組織更為細小，且呈現高低起伏的現 象（圖4-18 c 所示）；圖4-18 d 顯示，經 540℃過時效熱處理後，呈現 類似偏脆性破壞形態，階梯狀準劈裂面部份區域出現空孔之現象，雖 然呈現類似準劈裂面破壞形式，但因析出物粗大化及微量質軟逆變態 沃斯田鐵相的生成，使材料具有相當的延展性。

b

2.5mm a

0.2mm

圖4-18 旋形 C-250 經 540℃/6h/AC 時效熱處理之拉伸試片破斷圖：（a）

OM 巨觀；（b）階梯狀破斷面；（c）漩渦狀顯微組織；（d）準劈 d

25µm 25µm

c

4.3.5 本節結論

1. 58% 旋形麻時效鋼經不同時效熱處理之微硬度量測值，以 480℃時效 條件為最高（54.1 HRC），600℃時效條件為最低（45.2 HRC）。

2. 480℃/6h/AC 標準時效熱處理，因加工硬化及時效析出強化之複合作 用，其降伏（2014 MPa）及抗拉強度（2058 MPa）為最高，分別高出 規範值19%及 17%。540℃/6h/AC 過時效熱處理，因析出粒子粗大化 及微量質軟的逆變態沃斯田鐵相的生成，獲得較佳的延伸率（8.2%），

並高出規範值229%，對後續材料選用有較大之應用裕度。

3. C-250 麻時效鋼因冷作加工效應，使顯微組織形成變形板條狀麻鐵散 鐵組織結構，當時效溫度達540℃時，其纖維狀結構已不明顯，當時 效溫度達570℃時，纖維狀結構幾乎已消失不見。

4. 58% 旋形麻時效鋼經不同時效熱處理後，均有優良的機械性質。工程 應用上，仍以 480℃/6h/AC 時效熱處理為最佳，若需求較佳之延伸率，

提高熱處理溫度方式較有效益，建議此時效熱處理溫度不高於540℃

為最佳。