行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
鐵錳鋁合金鋼的 BCC 晶粒內的高溫淬火雙晶之研究(重點研 究計畫)
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 95-2221-E-011-037-
執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學機械工程系
計 畫 主 持 人 ： 鄭偉鈞
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理：林東一、薛凱云、林宏鎰
處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 96 年 11 月 10 日
本研究是探討成份為 Fe-15.9 wt% Mn-4.2 wt% Al 的鐵錳鋁合金 中的 BCC 晶粒內，BCC 雙晶的相變化情形。合金所經過的處理方式 為：熱鍛、冷軋、高溫熱處理及低溫時效處理等。
合金經 1300℃熱處理及淬火後，在 BCC 晶粒內觀察到許多的平 行條紋狀組織；經過 TEM 的分析，判定此條紋狀組織為 BCC 雙晶結 構，此為於 BCC 晶粒內首次被發現的淬火雙晶結構。
1300℃高溫淬火處理
高溫淬火是指試片在高溫熱處理後，快速冷卻至室溫，藉以得到 高溫相的組織。將厚度為 1 mm 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分 鐘後，快速淬入冰鹽水或室溫水中，其金相圖如圖 1 及圖 2 所示，在 表面金相圖中大部分的晶粒內，皆可發現有平行條紋狀組織產生，但 是觀察截面金相圖，在合金內部的晶粒中都沒有發現此組織。再將厚 度為 2 mm 合金進行 1300℃熱處理，分別淬入冰鹽水及室溫水中，由 圖 3 及圖 4 的金相圖，發現有條紋狀組織分佈在截面邊緣的部分晶 粒，以及表面大部分的晶粒內。
依據本實驗室所發表對鐵錳鋁合金麻田散體相變化的研究中指 [1]，含有碳元素的合金，經高溫熱處理後，不論是在 BCC 及 FCC 雙 相結構，或是 BCC 單相結構中，於 BCC 晶粒內皆會有針狀 18R 麻 田散體的產生，但是合金碳含量必須高於 0.035%。而由碳硫分析儀 量測的結果顯示，此合金之碳含量為 0.0115%，低於 0.035%，因此可 知此組織並非 18R 針狀麻田散體。於 Hwang 研究中所發現的 lenticular
出物。
圖 5 為合金經過 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬火 至室溫之 X 光繞射圖，顯示其合金結構為單相 BCC 晶體結構，而由 金相圖中觀察到的條紋狀組織並無提供其它的繞射峰。利用 TEM 的 分析，圖 6 為平行條紋狀組織及基地之明視野影像，圖 7 為基地的擇 區繞射圖，晶帶軸分別為 Z=001 及 Z=011，因此由 X 光繞射圖和擇 區繞射圖的分析，可以證明此合金之基地為 BCC 晶體結構。平行條 紋狀組織之擇區繞射圖如圖 8(a)和(b)所示，晶帶軸分別為 Z=001 及 Z=111，圖 9 為包含平行條紋狀組織和基地之擇區繞射圖，其晶帶軸 為 Z=011，可知此組織與基地皆為 BCC 晶體結構，而且具有 BCC 雙 晶的方位關係，故此組織即為 BCC 雙晶。先前的研究中指出[2,3]，
在鐵錳鋁合金的 BCC 晶粒內，發現有麻田散體產生，不曾發現有雙 晶的產生，而在此合金之前的研究中發現的雙晶[4]，是在 FCC 晶粒 內形成的退火雙晶，所以此 BCC 雙晶是第一次在鐵錳鋁合金中被發 現。
(a)
(b)
圖 1 1 mm 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬入冰鹽 水中之(a)截面及(b)表面金相圖。
(a)
(b)
圖 2 1 mm 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬入室溫 水中之(a)截面及(b)表面金相圖。
(a)
(b)
圖 3 2 mm 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬入冰鹽 水中之(a)截面及(b)表面金相圖。
(a)
(b)
圖 4 2 mm 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬入室溫 水中之(a)截面及(b)表面金相圖。
圖 5 合金於 1300℃以氬氣保護持溫三十分鐘後，快速淬火至室溫之 X 光繞射圖。
圖 6 經穿透式電子顯微鏡分析，平行條紋狀組織及基地之明視野影 像。
(a) (b)
圖 7 基地之擇區繞射圖。(a)Z=001 (b)Z=011。
(a) (b)
圖 8 平行條紋狀組織之擇區繞射圖，(a)Z=001 (b)Z=111。
圖 9 平行條紋狀組織及基地之擇區繞射圖 Z=011。
