論文名稱: 觀察純銅在疲勞裂痕生長中，其差排組織的演化與裂痕閉合之間的相互關係
碩士論文摘要
研究生:曾煥廷 指導教授:何扭今博士
論文題要內容:
差排作用而產生裂痕起始及裂痕成長而導至大部份的材料破壞。因此，要了解材料的破壞，先從差排組織研究起。
本研究的實驗材料為99.99 at％的純銅，做成compact tension試片，並作高週波疲勞試驗。在荷重320kgf預裂，負荷形式R=0.1，裂痕成長8mm之後，立即降65％至112kgf，經延遲70萬多cycles，後裂痕再成長，此時裂痕速率da/dN=2x10-7mm/cycle。在延遲70萬多cycles中，觀察在35萬多cycles、55萬多cycles與70萬多cycles的裂痕尖端差排組織。
另外，當裂痕預裂之後，荷重220kgf時，改變負荷形式，由R=0.1至0.3、由R=0.1至0.5、由R=0.1至0.7，觀察R愈大，裂痕生長速率愈慢。並且作低週波疲勞實驗，觀察在R=0.7比R=0.3硬化，且用穿透試電子顯微鏡得知R=0.7的差排密度比R=0.3高。
在實驗結果得之，對低週疲勞中，最大負荷310kgf，其負荷形式R愈大則其硬化率較大，塑性應變累積較小，差排演化較慢。在疲勞裂痕成長中，在最大荷重320kgf，負荷形式R=0.1，裂痕成長速率10-5 mm/cycle，當由最大荷重P降至0.35P時，差排組織會由原先的滑移系統所產生的錯位差排胞，經單一滑移系統作用下，在裂痕尖端前重新形成差排團，再經演化從單一方向的差排胞，經70萬多cycle後，再次形成凝聚差排胞，裂痕因而再次成長。最大負荷220kgf下，疲勞裂痕成長，其負荷形式R=0.1增加至R=0.3，裂痕成長速率從10-5mm/cycle減為10-6 mm/cycle，裂痕尖端的差排組織從錯位差排胞依序轉變為差排胞、差排牆、PSB。負荷形式R=0.1增加至R=0.5，裂痕成長速率降為10-7mm/cycle，裂痕尖端的差排組織依序演化為差排胞、PSB。負荷形式R=0.1增加至R=0.7，裂痕成長速率為10-8mm/cycle，裂痕尖端的差排組織依序演化為差排胞、PSB。

無

誌 謝……………………..……………………………………….1
摘 要………………..…………………………………………….2
目 錄…. ………………………………………………………….3
圖表目錄……………………………………………………………...4
壹、 前言.………………………………………………………….….7
1.1背景…………...…………………………………………….….7
1.2 研究動機與目的.…………………………….……………. ...7
貳、文獻回顧…….…………………………………………………..9
2.1疲勞及差排…………………………………………………….9
2.2裂縫起始和成長……………………………………………..13
參、實驗方法…………………………...…………………………..22
3.1材料選擇與處理……………..………………………………22
3.2疲勞實驗試片製作…………………………………………..22
3.3疲勞實驗………………..…………………………………….22
3.3.1高週裂痕成長疲勞實驗………………………………….22
3.3.1.1固定R 降最大負…………………………………..22
3.3.1.2負荷不變 改變R………………………………….23
3.3.2低週疲勞實驗…………………………………………….24
3.4微硬度測試…………………………………………………….25
3.5穿透式、掃瞄式電子顯微鏡試片製作………………………25
3.5.1掃瞄式電子顯微鏡試片製作…………………………….25
3.5.2穿透式電子顯微鏡試片製作.……………………………26
肆、結果討論………………………………………………………..31
伍、結 論…………………………………………………………35
陸、參考文獻………………………………………………………..36

圖 表 目 錄
表次
表1、各荷重的da/dN………………………………………………….38
表2、 隨R 改變之da/dN……………………………………………..38表3、 R的硬度值……………………………………………………..38
圖次
圖2.1 疲 勞 差 排 組 織---來不尼茲差排結構……………...15
圖2.2 疲 勞 差 排 組 織--差排團(dislocation loop patch)……15
圖2.3 疲 勞 差 排 組 織---脈狀組織(vein structure)……..…16
圖2.4 疲 勞 差 排 組 織---持續滑移帶(persistent slip
band,PSB)…………………………………………………16
圖2.5 疲 勞 差 排 組 織--差排牆(dislocation wall)….……….17
圖2.6 疲 勞 差 排 組 織--差排胞組織(cell structure )………..17
圖2.7 疲 勞 差 排 組 織---錯位差排胞組織
(misorientation dislocation cell)………………………….18
圖2.8 PSB產生凹入和凸出的是意圖…………………………..18
圖2.9 用SEM的反射電子成像觀察裂痕差排組織 a.脈狀組織
b.PSB c.差排牆d.來不尼茲差排牆e.差排胞組織f.錯位差排
胞……………………………………………………..…………………19
圖3.1 高週疲勞裂單邊痕成長試片( CT )………………………….…27
圖3.2 低週疲勞試棒示意圖……………………………………….28
圖3.3 疲勞試驗機英世特1332(左)，微電腦面板英世特
8500(右)…………………………………………………...28
圖3.4 裂痕成長尖端試片製作….………………………………….….29
圖3.5 固定R，降最大負荷………………………………………..30
圖 3.6 最大負荷不變，改變R…………………………………………31


圖4.1 裂痕成長速率2x10-5mm/cycle，裂痕尖端差排組織示意
圖 (A)裂痕尖端錯位差排胞 (B)離裂痕尖端30μm仍為
錯位差排胞…………………………………………………39
圖4.2 最大負重P降至0.35P，經過35萬cycle，裂痕不成長，
其裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前錯位差排胞
(B) 距裂痕尖端前30μm錯位差排胞……………………..40
圖4.3 最大負重P降至0.35P，經過55萬cycle，裂痕不成長，
其裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前差排胞 (B)
距裂痕尖端前5μm以外為差排團………………………..41
圖4.4 最大負重P降至0.35P，延遲70萬cycle，裂痕仍不成長，
其裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前差排胞 (B)
裂痕尖端前20μm出現PSB (C)裂痕尖端前70μm以後出
現差排團……………………………………………………42
圖4.5 最大負重P降至0.35P，經過70多萬cycle，裂痕再度成
長，成長速率為2x10-7mm/cycle的尖端前差排組織示意
圖(A)裂痕尖端前差排胞 (B)裂痕尖端前30μm出現PSB
(C) 裂痕尖端前70μm有差排團和vein structure……….43
圖4.6 負荷形式R=0.1增加至R=0.3，裂痕成長速率7x10-6
mm/cycle之裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前差
排胞 (B)裂痕尖端前5μm出現差排牆 (C)裂痕尖端前
30μm出現PSB……………………………………………..44
圖4.7 負荷形式R=0.1增加至R=0.5，裂痕成長速率2x10-7
mm/cycle之裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前差
排胞 (B)裂痕尖端前30μm發現PSB…………………….45
圖4.8 負荷形式R=0.1增加至R=0.7，裂痕成長速率8x10-8
mm/cycle之裂痕尖端差排組織示意圖 (A)裂痕尖端前差
排胞 (B)裂痕尖端前15μm出現PSB…………………….46
圖4.9 低週波疲勞試驗，在R=0.3用TEM觀察差排組織…….47
圖4.10 低週波疲勞試驗，在R=0.5用TEM觀察差排組織……48
圖4.11 低週波疲勞試驗，在R=0.7用TEM觀察差排組織……49

柒、參考文獻
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