金屬材料
Metal Materials
| 節 | 週四 |
|---|---|
5 13:20–14:10 | 金屬材料 EF201 3 節連堂 |
6 14:20–15:10 | |
7 15:30–16:20 |
* 根據陽明交大上課時間表所列
The Intended learning objectives (ILOs) are (1) to develop students’understanding of the applications, the fundamental mechanical behavior, and the thermodynamics of the metals; (2) to inspire the students thinking, there will be groups for in-class quizzes using Kahoot; (3) there will be reading assignments for students to prepare for their in-class discussion; (4) to assess students’performance, there will be exams for individual learning review. The central point of this course is to provide a physical basis that links the structure of metals with their properties. With this understanding in hand, the concepts of alloy applications and microstructural engineering are also discussed, linking processing and thermodynamics to the structure and properties of metals.
材料導論, 物理冶金
Midterm exam:30 % Final exam:40 % Visit report - 1:10 % Visit report - 2:10 % Visit report - 3:10 %
| 週次 | 主題 |
|---|---|
| 第 1 週 | 陳溪鎔老師自我介紹: 1. 交大,中鋼,大阪大學,Sheffield Univ. 2. 學位論文:melt spinning;Fe-Al-Mn合金;英語、日語; 3. Twin roll casting,高速冷軋與熱軋組織模擬,撰寫專書 4. 中鋼40年論文得獎回顧,簡報技巧,小故事 課程導覽: 1. 加工硬化鋁片:H1n、O料、H2n、H3n、H4n 的製造流程分類 2. 熱軋變形阻抗的預測方程式與量測方法 3. 熱軋顯微組織:模擬方法、單道軋延與多道次熱連軋 4. 鋁胚均質化處理與 intermetallic compound 相變化 |
| 第 2 週 | 軋延鋁板片的生產製程: 1. 熔化爐- 靜置爐- 除氣箱- TiB2加線機- 過濾板- Direct chill/ twin-roll澆鑄機 2. DC澆鑄鋁胚- 均質化處理- 復連式單軋機/4機座熱連軋機- 冷軋機- 批次/連續退火- 冷軋機- 烤漆 3. Twin-roll 鑄軋鋁片- 冷軋機- 批次/連續退火- 冷軋機- 烤漆 →Twin roll casting 製程特性與品質: →日本Twin roll casting與國內amorphous ribbon 量產面面觀 4. DC澆鑄與雙輪連鑄的材質差異分析: →金相、導電率、X-ray、繞射、EDS、 TEM →晶出物組成相:DC 澆鑄為Al6(Fe,Mn);雙輪連鑄為 α -AlFeSi是 5. 黃爾文老師之補充資料 |
| 第 3 週 | 10/1(四) EFG: Holidays (中秋節) |
| 第 4 週 | H1n 鋁片的組織與性質: 1. 鋁合金的成份規格: →1xxx- 8xxx,加工/析出硬化合金 析出硬化鋁板片的調質度代碼 2. 加工硬化鋁板片的調質度代碼包含: →O料、H1n、H2n、H3n、H4n (n由1-9)等5種。 3. 鋁片經過冷軋,或退火之後,組織與性質如何轉變?這些轉變受到那些因素的影響?影響機制為何? 4. H1n 製程:熱軋→ (冷軋→ 退火)→ 冷軋 (最後製程為 冷軋) →冷軋延率的計算方法 裁減率:厚度減少的百分率= 1- h/H適用於單道軋延 →裁減應變 = Ln(H/ h) 適用於多道次軋延 5. 以熱軋板片為素材,觀測實施20%、50%裁減之後,板片的強度、延伸率如何轉變? →圖1-2顯示,隨著裁減率的增加,降伏(YS) 與抗拉(TS) 強度遞增,延伸率(EL)則遞減 6. 掌握強度與裁減率的關係,可預測:實施特定的裁減率後,鋁片的強度多高? →以3003 O料為冷軋素材,實施20%的冷軋裁減,可做出H12鋁片;實施40%的冷軋裁減,可做出H14鋁片;實施60%的冷軋裁減,可做出H16鋁片 合金元素效應: 1. 圖1-6:純鋁系1100強度最低,添加1.1% Mn的3003強度明顯昇高;3003再添加1.1% Mg變成3104的強度更高; →隨著Mg含量的增加,強度遞增;以5 Al-Mg合金添加大量的Mg,所以強度很高,例如:Mg 含量高達4.7%的5182位於最上方,5042添加3.5%,強度居於第2位 →接著是添加2.2% Mg的5052;需要說明的是,3104與5052的強度相近,隨著微量元素的不同,排序可能會有所變化。 2. 請問圖1-6- Y軸截距的物理意義是什麼? 3. 圖1-7:高Mg鋁合金雖然具有高強度的優點,可是當鋁片承受拉伸應力後,表面會出現伸張應變痕。 →Mg的含量越高,表面紋路越明顯,所以在汽車外觀件的應用受到限制,業者因而轉向低Mg含量的 6xxx 析出硬化型合金發展 |
| 第 5 週 | 定量分析步驟:工程應力/應變轉換成真應力/真應變 1. 根據 Ford 做法: →累積應變εa = CR +ε/1.15 →圖1-3:退火鋁片在後續的冷軋過程中,不同厚度鋁片的應力/應變曲線分 佈 2. 根據Ludwik 方程式: σCR = YS0+ kaεan →H1n鋁片強度的預測式為:σCR = 45.1+ 153.8εa0.31; R2 = 0.9988 →上述做法精準高,但耗時;另一種快速的方法為:採用抗拉強度取代真應 力 →得到的強度預測式為:σCR = 45.1+ 154.6εa0.28; R2 = 0.9941 →同理,以未實施退火鋁片為素材,可導出另一個強度預測式為:σCR = 59.4+ 154.6εa029;R2 = 0.9904; 3. 為何沒有實施退火的 YS0 多了14 MPa? →『實施20%冷軋裁減,做出H12鋁片;實施40%冷軋裁減,做出H14 鋁片;實施60%冷軋裁減,做出H16鋁片。』的規律性消失 4. 假如改用硬度數據的話,結果也類似;而『鋁片越軋越硬、強度越軋越高』的現象稱為加工硬化。 小結: 1. Ludwik方程式說明:鋁片強度隨著冷軋裁減率的增加而遞增,也跟著起軋素材強度的增加而水漲船高。 2. 除了冷軋裁減率、起軋強度之外,合金元素、澆鑄製程也是影響H1n 強度的重要因素。 澆鑄方法也是影響鋁片強度的要素: 1. 例如:Twin roll cast 鋁片冷軋後,σ=111.2+ 130.4 0.37;R2 = 0.9935; →那位可以告訴我有何不同? 2. 可是在1.8mm厚經過 500C退火再軋σ=47.1+ 168 0.26;R2 = 0.9963 →為什麼? |
| 第 6 週 | 熱壓講授-1 |
| 第 7 週 | 熱壓講授-2 |
| 第 8 週 | Midterm-term exam (30%) |
| 第 9 週 | 熱壓講授-3 |
| 第 10 週 | 熱壓講授-4 |
| 第 11 週 | 參訪-1 時碩集團 (10%) |
| 第 12 週 | 案例-1 |
| 第 13 週 | 案例-2 |
| 第 14 週 | 參訪-2 至興精密 (10%) |
| 第 15 週 | 參訪-3 英發(手工具) (10%) |
| 第 16 週 | Final exam (40%) |
| 第 17 週 | 補充課程:選用線上資源 |
| 第 18 週 | 補充課程:選用線上資源 |
Main textbook: Lecture notes Supplementary information from: Materials Selection in Mechanical Design Author: Michael F. Ashby "Mechanical Metallurgy", George E. Dieter "Phase Transformations in Metals and Alloys", Porter, David A.; Easterling, Kenneth E.; Sherif, Mohamed
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