行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
鐵-6 錳-8 鋁-低碳合金之相變化研究
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC94-2216-E-011-010-
執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 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
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 95 年 11 月 3 日
I
本計畫研究是針對合金成份為 Fe-6.3 wt% Mn-7.9 wt% Al-0.14 wt% C 的低碳含量之鐵錳鋁合金作固態相變化的研究。此鐵錳鋁合金 於經高溫熱處理後，再經不同冷卻方式，冷卻處理至室溫，合金會發 生的幾種不同的固態相變化；若是此鐵錳鋁合金經高溫固溶處理，而 再經低溫時效處理後，合金內部會有低溫析出物的產生。此合金的固 態相變化的研究，是藉由光學顯微鏡(OM)、穿透式電子顯微鏡 (TEM)、X-Ray 繞射儀(XRD)、及電子束微探儀(EPMA)做合金相結構 定性及合金相成分定量的分析與觀察。
本計畫研究是將 1008 的普通低碳鋼、電解錳、及高純度鋁等合 金元素，依照鐵錳鋁合金的目標成份的比例而配料煉製，此方式可以 做為實驗合金材料成分的控制。將配置好成分的合金原料，於氬氣氛 保護下的高週波爐進行熔煉，而後將之鑄造成為數個三公斤的鑄錠。
完成鑄造的合金成分為 Fe-6.3 wt% Mn-7.9 wt% Al-0.14 wt% C。此鐵 錳鋁合金的鑄錠接著在氬氣保護下的高溫爐作後續處理。於溫度為 1200℃的條件下，做均質化處理六個小時；接著進行高溫熱鍛；最後 將熱鍛好的合金塊材切割成尺寸為 10 x 10 x 2 mm 的大小試片，以便 於後續的熱處理及實驗。
合金於 1300℃以氬氣保護熱處理 30 分鐘，經水淬處理後，合 金經光學顯微鏡、X-Ray 繞射儀、及穿透式電子顯微鏡的觀察，只有
II
BCC 晶粒被觀察到。但經空冷處理後的合金，在肥粒體相晶粒內發 現有 L12及 D03的析出物，此 L12析出物在 Fe- Mn- Al 三元合金中從 未被發現過。當合金經 1200℃以氬氣保護熱處理 1 小時，合金經淬 水處理後，試片中間出現針狀麻田散體析出物，而試片兩端為 BCC 單相結構。而於經過相同熱處理條件的試片，但冷卻條件為空冷處 理，可於合金內可發現在 BCC 基地內佈滿魏德曼組織析出物。
當熱處理條件為合金經 1100℃固溶處理 1 小時，及經水淬處理 後，在 BCC 基地的晶界上有少量魏德曼組織析出，晶粒內則有麻田 散體相組織，而合金經空冷處理後，其結晶結構為α+少量γ，於 XRD 金相分析，發現基材為 BCC，而 FCC 散佈於 BCC 基材及晶界處。合 金經 1050℃固溶處理 1 小時，經水淬處理後，在 BCC 基地內及晶界 上的 FCC 析出物明顯增加，且無麻田散體相的析出。
而合金經 1050℃固溶處理而後時效處理方面，當時效溫度低於
900℃，有沃斯田體相以魏德曼之片狀結構析出於肥粒體相基地中，
簡單立方體相之(001)繞射峰出現於 800℃時效後，但是不很顯著，而 於 700℃、及 600℃之分析亦隱約可見；根據 TEM 的分析資料，合金 於低於 800℃發現有簡單立方體相(001)之繞射點，因此可證明簡單立 方體相應存在此一合金系統。於 800℃以下進行低溫時效，L12 析出 於基材之中，而於低溫時效，L12 在 400℃為穩定相，經觀察其析出
III
上限溫度乃介於 800℃與 900℃之間。而合金於 400℃進行低溫時效，
於 TEM 的分析，於於BCBCCC 晶粒晶粒內內發現 D03的析出物，而此 D03的析出 物於 450℃低溫時效的合金中並未發現，故推算 D03的析出上限溫度 介於 400 至 450℃之間。
合金合金經經1130300℃0℃熱熱處處理理 3300 分鐘分鐘後後，，經經空空冷冷處處理理，，於於BCBCCC晶粒晶粒內內 發現發現L1L122 和和D0D033的析的析出出物物；其其中中L1L122析出析出物物是是在在空空冷冷過過程程中中，，當當溫溫 度
度降降至至 990000℃℃至至 80800℃0℃之之間間所所產產生生的的，，推推測測此此 L1L122析出析出物物應應為為含含富富碳碳 的結的結晶晶相相；；而而D0D033析出析出物物是是在在空空冷冷過過程程中中，，應於應於 55550℃0℃附附近近開開始始產產生生，， 原
原因因為為此此時時 BBCCCC基地基地內內，，因因為為 L1L122的析的析出出，，基基地地內內的的碳碳已已經經由由擴擴散散 方式方式，，擴擴散散至至 L1L122 析析出出相相晶晶粒粒內內，，故故鋁鋁的的相相對對含含量量應應較較 10105050℃固℃固溶溶 時為時為高高，，高高於於 DD0033 相析相析出出的的固固溶溶線線，，固固 D0D033 便於便於冷冷卻卻過過程程中中析析出出。。 然而然而 D0D033 相並相並未未於於爐爐冷冷的的合合金金中中析析出出，，此此結結果果應應該該可可以以推推論論為為 L1L122 相於相於高高溫溫中中析析出可出可能含能含有較有較高的高的錳及錳及碳含碳含量。量。另一另一可能可能原因原因為：為：經經 1313000℃0℃熱熱處處理理3300分分鐘鐘後後的的合合金金，，其其脫脫錳錳及及脫脫碳碳的的情情形形，，遠遠較較經經10105050
℃熱℃熱處處理理 6060 分鐘分鐘後後的的合合金金嚴嚴重重，，故故經經 13130000℃℃熱熱處處理理 3030 分鐘分鐘後後的的合合 金
金，，其其鋁鋁含含量量相相對對高高，，故故合合金金經經空空冷冷後後，，於於BCBCCC晶粒晶粒內內發發現現 DD0033的的 析出析出物物。。
