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研究生： 王士瑋
Wang, Shih-Wei
論文名稱： 熱機處理對Ti-7.5Mo合金機械性質之影響
Effect of thermomechanical treatment on mechanical properties of Ti-7.5Mo alloy
指導教授： 陳瑾惠
Chen, Jiin-Huey
朱建平
Ju, Chien-Ping
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： 2012
畢業學年度： 100
語文別： 中文
論文頁數： 99
中文關鍵詞： 鈦鉬合金 、α
外文關鍵詞： Ti-Mo alloy, α
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    • 本實驗中，對於鑄造後為α"相之Ti-7.5Mo合金進行不同熱機處理，主要目的為保持高延性、高強度及較低的彈性模數。實驗分成三個部分討論：第一部分為強化處理條件A。第二部分為強化處理條件B。第三部分為強化處理條件C。均質處理條件下有降伏強度470MPa、拉伸強度870MPa、延性27%、彈性模數68GPa，結晶結構為α"相。強化處理條件A3，降伏強度為856MPa，拉伸強度為1135MPa，延性11.4%，彈性模數62GPa，結晶結構為α'相。強化處理條件B3有優異的機械性質組合，降伏強度900MPa，拉伸強度1147MPa，延性21.6%，彈性模數63GPa，結晶結構為α'相。強化處理條件C1有最佳的機械性質組合。降伏強度1013MPa、拉伸強度1193MPa、延性有14.6%，較低彈性模數65.5GPa，結晶結構為α'相。

    In this study, cast α" phase Ti-7.5Mo alloy processed different thermomechanical treatment, expect to maintain high ductility, high mechanical strength and lower tensile elastic modulus as the main purpose. The experiment is divided into three parts: The first part is strengthen condition A. The second part is strengthen condition B. The third part is strengthen condition C.
    Homogenized treatment condition has yield strength 470MPa, tensile strength 870MPa, ductility 27%, and tensile elastic modulus 68GPa, and its crystal structure is α" phase. Strengthen condition A3, its yield strength 856MPa, tensile strength 1135MPa, ductility only 11.4% and tensile elastic modulus 62GPa, and its crystal structure is α' phase. Strengthen condition B3, it has outstanding combination of mechanical properties, yield strength 900MPa, tensile strength 1147MPa, ductility 21.6%, and tensile elastic modulus 63GPa, and its crystal structure is α' phase. Strengthen condition C1, which has the best combination of mechanical properties, yield strength 1013MPa, tensile strength 1193MPa, ductility 14.6%, and lower tensile elastic modulus 65.5GPa, and its crystal structure is α' phase.

    總目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 總目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 前言 1 1-1 元素鈦的介紹 1 1-1-1 鈦的起源 1 1-1-2 地球上的鈦礦 2 1-1-3 鈦的物理性質 3 1-1-4 鈦的化學性質 4 1-2 鈦的製備 5 1-2-1 Hunter process 5 1-2-2 Crystal bar process 7 1-2-3 Kroll process 8 1-2-4 FFC Cambridge process 9 1-3 鈦合金的相組成與性質 11 1-3-1 平衡相 (α、β相) 12 1-3-2 非平衡相 (α'、α"、ω相) 17 1-4 純鈦及其合金的應用 22 1-5 鈦的全球市場概況 26 第二章 文獻回顧 28 2-1 生醫材料的介紹 28 2-2 金屬類外科植入材料的發展 34 2-3 商用及研究中外科植入鈦合金整理 37 2-4 應力遮蔽效應 42 2-5 研究背景及目的 44 第三章 實驗步驟及方法 46 3-1 實驗流程 46 3-2 合金成分及製備 47 3-3 合金熔煉及其儀器 48 3-4 合金鑄造及其儀器 49 3-5 試片切割 50 3-6 拉伸測試 51 3-7 X光繞射相分析 52 3-8 掃描式電子顯微鏡觀察 53 3-9 金相組織觀察 54 3-10 微硬度測試 55 第四章 實驗結果與討論 56 4-1 Ti-7.5Mo、純鈦、Ti-6Al-4V ELI性質比較 56 4-1-1 Ti-7.5Mo合金的相組成 56 4-1-2 拉伸強度及拉伸彈性模數 58 4-2 強化處理條件A結果與分析 60 4-2-1 合金的相組成 60 4-2-2 金相觀察 62 4-2-3 拉伸強度及拉伸彈性模數 64 4-2-4 微硬度測試 66 4-2-5 SEM破斷面觀察 67 4-3強化處理條件B結果與分析 71 4-3-1 合金的相組成 71 4-3-2 金相觀察 73 4-3-3 拉伸強度及拉伸彈性模數 75 4-3-4 微硬度測試 77 4-3-5 SEM破斷面觀察 78 4-4 強化處理條件C結果與分析 82 4-4-1 合金的相組成 82 4-4-2 金相觀察 84 4-4-3 拉伸強度及拉伸彈性模數 87 4-4-4 微硬度測試 89 4-4-5 SEM破斷面觀察 90 第五章 結論 94 第六章 參考資料 96 表目錄 表1-1 鈦、鐵、鋁物理性質整理 3 表1-2 常見的鈦合金α相穩定元素 13 表1-3 常見的鈦合金β相穩定元素 15 表1-4 二元鈦合金α'/α"相變化成份界限(Bagariatskii, 1959) 18 表1-5 鈦鉬合金α'、α"、ω相的Mo含量範圍 20 表1-6 ASTM規範純鈦和部份鈦合金的成份及性質 22 表1-7 純鈦及其合金的應用(蔡幸甫，1999) 25 表1-8 全球海綿鈦主要生產廠商 26 表2-1 生醫材料分類及應用(Block et al., 1997) 33 表2-2 316L、Co-Cr-Mo、Ti-6Al-4V ELI資料整理 36 表2-3 目前商用及研究中的鈦合金性質比較表 40 表2-4 目前商用鈦合金的規範整理 41 表2-5 人體骨的機械性質 43 表3-1 材料成份規格 47 表4-1 直接鑄造之Ti-7.5Mo合金成份組成 56 圖目錄 圖1-1 鈦的重要礦源分佈數據(USGS, 2011) 2 圖1-2 Crystal bar process 示意圖以及產品 7 圖1-3 Kroll process 流程圖 8 圖1-4 FFC Cambridge process 流程圖 9 圖1-5 VAR法的流程圖 10 圖1-6 BCC、HCP結晶結構變化的Burger’s機構(Nishiyama, 1978) 11 圖1-7 鈦合金 (a) Simple peritectic (b) β-peritectoid的平衡相圖 12 圖1-8 鈦合金(a) b-isomorphous (b) β-eutectoid的平衡相圖 14 圖1-9 Ti-Mo二元相圖(Murray, 1986) 16 圖1-10 二元鈦合金e/a比和非平衡相溫度示意圖 17 圖1-11 鈦合金中ω相的析出區間(J. R. Williams, 1971) 20 圖1-12 β相轉變成ω相示意圖 21 圖1-13 2002~2015年全球鈦金屬需求趨勢(TOHO Titanium Co., Ltd. ) 27 圖2-1 純金屬的細胞毒性(Steinemann, 1977) 29 圖2-2 1.骨板 2.錐體護架 3.髖關節 4.骨釘 5.膝關節 6.人工牙根 30 圖3-1 實驗流程圖 46 圖3-2 日本Iwatani公司商用牙科熔煉鑄造機外觀 48 圖3-3 鑄造用石墨模具規格 49 圖3-4 標準拉伸試片形狀與規格 50 圖3-5 日本Shimadzu公司動態疲勞試驗機 51 圖3-6 X-ray繞射儀示意圖 52 圖3-7 掃描式電子顯微鏡示意圖 53 圖3-8 光學顯微鏡示意圖 54 圖3-9 微硬度試驗機示意圖 55 圖4-1 Ti-7.5Mo合金直接鑄造及鑄造後均質處理的XRD圖 57 圖4-2 純鈦、Ti-6Al-4V ELI、Ti-7.5Mo的強度、延性、彈性模數 59 圖4-3 強化處理條件A之XRD圖 61 圖4-4 強化處理條件A之金相照片 63 圖4-5 強化處理條件A之強度、延性、彈性模數 65 圖4-6 強化處理條件A之微硬度值 66 圖4-7 強化處理條件A之SEM照片 70 圖4-8 強化處理條件B之XRD圖 72 圖4-9 強化處理條件B之金相照片 74 圖4-10 強化處理條件B之強度、延性、彈性模數 76 圖4-11 強化處理條件B之微硬度值 77 圖4-12 強化處理條件B之SEM照片 81 圖4-13 強化處理條件C之XRD圖 83 圖4-14 強化處理條件C之金相照片 86 圖4-15 強化處理條件C之強度、延性、彈性模數 88 圖4-16 強化處理條件C之微硬度值 89 圖4-17 強化處理條件C之SEM照片 93

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    下載圖示 校內：2017-08-31公開
    校外：2017-08-31公開
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