臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要探討不同製程之材料受磨耗與拉伸之性質以及在疲勞試驗下施加平均應力對循環壽命之影響。透過內在反應法及直接添加TiN(氮化鈦)顆粒在鋁合金基體中得到複合材料，複合材料製造主要由內在反應法是透過氮氣在真空感應爐中與鋁合金中的鈦反應構成TiN。
三種不同樣品：
(1)鋁合金（Al-5.1Cu-6.2Ti）
(2)通過內在反應中，形成含氮化鈦顆粒的鋁基複合材料
(3)通過直接添加法，形成含氮化鈦顆粒的鋁基複合材料
透過拉伸試驗後發現，在鋁合金基體中以內在反應法構成TiN顆粒後，拉伸強度與降伏強度增加高達20%，硬度增加高達28%；在鋁合金基體中直接添加TiN顆粒後，拉伸強度與降伏強度增加達16%，硬度增加達18%。在磨耗實驗中，耐滑動磨損性與耐磨損性皆有增加，抗疲勞強度也有更明顯的增長。
研究結果顯示施加不同的平均應力(σm)，對疲勞是具有影響力的且平均應力(σm)的大小也會影響循環疲勞壽命(Nf)，降伏強度(σy)越高，真實破壞強度(σfB)與材料破壞強度(σ'f)差越遠，完全反向應力(σar)也相對越低。
此論文也探討材料裂口對於循環疲勞壽命(Nf)之影響，其循環疲勞壽命(Nf)比無出現裂口的試驗樣品，大幅降低。

In this study, the effects of wear and tensile properties of materials with different processes and the average stress applied under fatigue tests were investigated. Composite materials are obtained by in situ reaction method and direct addition of TiN (titanium nitride) particles in aluminum alloy matrix. The fabrication of composite materials is mainly made by in situ reaction method that the TiN is reacted by nitrogen with titanium in a vacuum induction melting with aluminum alloy.
Three different samples:
(1) Aluminum alloy (Al-5.1Cu-6.2Ti)
(2) Aluminum matrix composites containing titanium nitride particles formed by in situ reactions
(3) Aluminum matrix composite containing titanium nitride particles by drectly adding
The aluminum alloy matrix composites contain TiN particles formed by in situ reaction method, the tensile strength and yield strength increase by up to 20%, and the hardness increased by up to 28%. When TiN particles are directly added to the aluminum alloy matrix, the tensile strength and yield strength increase by up to 16%, and the hardness increased by up to 18%. In the abrasion test, the abrasion resistance and sliding wear resistance are increased, and the fatigue resistance is also increased.
The results show that applying the different mean stresses (σm) has an influence on the fatigue, and the mean stresses (σm) also affected the fatigue life (Nf). the higher the yield strength (σy), the greater the difference between the true breaking strength (σfB) and the material breaking strength (σ'f).
This paper also explores the impact of crack in composite materials on cyclic fatigue life (Nf), which is significantly reduced compared to samples without a crack.

摘要......i
Abstract......iii
誌謝......v
目錄......vi
表目錄......ix
圖目錄......x
第一章 緒論......1
1.1 前言......1
1.2 研究目的及動機......2
第二章 文獻探討......3
2.1 鋁合金(Aluminum Matrix)......3
2.1.1 鋁合金介紹......3
2.1.2 鋁合金種類......3
2.1.3 鋁合金熱處理......5
2.2 氮化鈦......6
2.2.1 氮化鈦介紹......6
2.2.2 氮化鈦應用......7
2.2.3 氮化鈦合成方法......7
2.3 複合材料......8
2.3.1 複合材料定義......8
2.3.2 複合材料之區分......8
2.3.3 複合材料特性......9
2.3.4 複合材料應用......10
2.4 疲勞理論......12
2.4.1 S-N曲線......12
2.4.2 疲勞破壞之過程......13
2.4.3 平均應力之影響......14
第三章 實驗設備與研究方法......17
3.1 實驗材料......17
3.1.1 粉末材料......17
3.1.2 實驗設備......17
3.1.3 分析軟體......25
3.2 實驗步驟......26
3.2.1 內在反應法製程......26
3.2.2 直接添加法製程......27
3.2.3 標準試片加工......27
3.2.4 磨耗試驗......29
3.2.5 拉伸試驗......30
3.2.6 疲勞試驗......30
第四章 結果與討論......32
4.1 微觀結構......32
4.2 機械性能......33
4.2.1 TiN顆粒鋁合金複合材料之磨耗影響......33
4.2.2 TiN顆粒鋁合金複合材料之拉伸性能......35
4.2.3 TiN顆粒鋁合金複合材料之疲勞性能......36
4.2.4 材料之比較......49
第五章 結論......52
參考文獻......54
Extended Abstract......56
Abstract......56

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