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研究生: 黃奕
Huang, Yi
論文名稱: 兩階段熱處理對10B21低碳鋼鑽尾自攻螺絲微觀組織與機械性質之影響
Effects of Two-Step Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of 10B21 Low Carbon Steel Self Drilling Tapping Screws
指導教授: 呂傳盛
Lui, Truan-Sheng
洪飛義
Hung, Fei-Yi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學及工程學系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: AISI 10B21鑽尾自攻螺絲熱處理氫脆扭斷強度
外文關鍵詞: AISI 10B21, self drilling tapping screw, heat treament, hydrogen embrittlement, torque strength
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  • 本研究採用10B21低碳鋼鑽尾自攻螺絲進行兩階段熱處理,探討其熱處理後顯微組織及機械性質特性,以及將熱處理後鍍鋅螺絲成品進行氫脆試驗,以釐清相關材料特性。
    第一階段熱處理選擇滲碳濃度為0.3%,進行淬火中斷熱處理。經滲碳處理後10B21材表層均生成更密集之麻田散體組織,原先淬火後之脫碳現象也有所改善。淬火中斷熱處理可使10B21低碳鋼基地生成麻田散體、肥粒體以及碳化物之混合結構,經實驗計算後破壞韌性較傳統淬火回火熱處理條件更高,處理時間也更為迅速。
    第二階段熱處理利用錫湯重新加熱鑽尾至950°C而再次沃斯田體化後淬火,試片於表層可發現大量灰黑色麻田散體(α')與白色肥粒體(α)混合組織,表層平均硬度為HV576且具有良好貫穿鋼板能力。經以上兩階段熱處理,可得同時具有高表面硬度鑽尾與高韌性桿部10B21鑽尾自攻螺絲。
    對進行兩階段熱處理後10B21鑽尾自攻螺絲進行氫脆試驗,實驗發現無發生扭斷強度大幅下降或扭斷前直接斷裂等疑似氫脆破壞之現象,巨觀破斷面出現在正常應力集中處之螺牙部,且斷面是平整的,微觀特徵呈現許多孔洞,符合延性破壞之微結構特徵,可認定經兩階段熱處理10B21鑽尾自攻螺絲因桿部具有較高韌性,故抗氫脆能力佳,亦具有實際應用潛力

    In this study, a 10B21 low carbon self drilling tapping screw with high hardness drill and high toughness shank preventing hydrogen embrittlement without baking can be obtained by two-step treatment. Quenching at 220°C in 1 minute and partitioning at 400°C in 10 minutes on 10B21 low carbon self drilling tapping screw shows high toughness and avoiding HE without baking. Carburizing in potential of 0.3% shows better mechanical properties and enhances the surface hardness of 10B21 low carbon self drilling tapping screw significantly. Quenching at 950°C in 3 minutes by Tin bath shows the highest hardness and quenching beyond 1000°C would decrease the hardness of 10B21 low carbon self drilling tapping screw by grain coarsening.

    中文摘要 I Extended abstract III 誌謝 IX 總目錄 X 表目錄 XIII 圖目錄 XIV 第一章 前言 1 第二章 文獻回顧 3 2-1 低碳鋼材料特性 3 2-2 螺絲產業及其製程 4 2-3 淬火回火熱處理 5 2-4 滲碳熱處理 6 2-5 淬火中斷熱處理 6 2-6 氫脆破壞現象 7 2-7 局部錫湯淬火 9 2-8 研究目的 10 第三章 實驗步驟與方法 17 3-1 概述 17 3-2 材料成份與試棒製備 17 3-3 熱處理流程 18 3-3-1 淬火回火熱處理 18 3-3-2 滲碳熱處理 18 3-3-3 淬火中斷熱處理 18 3-3-4 局部錫湯淬火 19 3-4 微觀組織 19 3-4-1 OM、SEM金相及破斷面觀察 19 3-4-2 XRD分析 19 3-4-3 SIMS分析 20 3-5 機械性質 20 3-5-1 硬度測試 20 3-5-2 拉伸性質 21 3-5-3 扭斷強度測試 21 3-5-4 貫穿實驗 21 3-6 氫脆破壞測試 22 第四章 實驗結果與討論 29 4-1 概述 29 4-2 10B21微觀組織分析 29 4-2-1 淬火回火熱處理後之微觀組織 29 4-2-2 淬火中斷熱處理條件後之微觀組織 30 4-2-3 滲碳熱處理條件後之微觀組織 31 4-2-4 局部錫湯淬火熱處理後之微觀組織 31 4-3 10B21機械性質調查 32 4-3-1 淬火回火熱處理後之機械性質 32 4-3-2 淬火中斷熱處理後之拉伸性質分析 33 4-3-3 滲碳熱處理後之拉伸性質 34 4-3-4 局部錫湯淬火後之硬度分析與貫穿試驗 35 4-4 兩階段熱處理後之氫脆試驗 36 4-4-1 兩階段熱處理對鑽尾自攻螺絲抗氫脆之影響 36 4-4-2 兩階段熱處理氫脆實驗破斷面分析 36 4-4-3 兩階段熱處理氫脆破壞機制探討 37 4-4-4 兩階段熱處理微觀組織變化 38 第五章 結論 60 第六章 參考文獻 62

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