2003年材料学会年会论文格式说明 - YOKE.DOC

風力發電機扣件用SCM440鉻鉬鋼熱處理條件對顯微組織與機械性質 影響之研究 Effect of Heat treatment on microstructure and mechanical property of SCM440 fastener for ind turbine system 孫宏誠a 楊勝閔ｂ 林東毅a,b 王偉仁ｃ a國立高雄大學化學工程及材料工程學系 b國立高雄大學扣件及鋼鐵技術研究中心 c工業技術研究院 Hong-Cheng Suna　, Sheng-Min Yangｂ, Dong-Yih Linｂ, Woei-Ren Wangｃ a Department of Chemical and Materials Engineering, National University of Kaohsiung b Fastener Steel Research Center, National University of Kaohsiung c Industrial Technology Research Institute Tainan 70955, Taiwan 近年來因應綠色地球趨勢，各國開始積極開發可替代性之綠色能源，而其中以風力發電之技術最為成熟；亦造成世界各國對風力發電機組各部關鍵零組件的研究與開發。由於風力發電乃利用風力帶動風車葉進行旋轉，再透過增速機來促使發電機發電；再此，架設高度與環境氣候對扮演結構用之緊固件而言是項嚴苛的考驗，緊固件必須能承受負荷多軸向的應力作用與耐疲勞性，因此關鍵結構用之扣件用鋼材的選用及機械性質非常重要。本計畫將以鉻鉬鋼(SCM440)作為試驗材，使用高溫差掃描熱量分析儀量測高溫熱行為，以瞭解材料基礎性質。除此之外，藉由高溫熱行為的表現進一步建立高溫組織與溫度之間的影響，此關係對於材料應用之壽命及耐疲勞性具有相當重要的指標性。 關鍵字: 鉻鉬鋼、顯微組織 前言 符合環保能源之趨勢，近年來各國開始爭相開發綠色之能源，其中又以本研究主題目標之風力發電最為普及且商業化；而由於風力發電主要是藉由風力帶動風車葉旋轉，透過增速機增速促使發電機得以發電。而風力發電機主要建造於強風處如高山、沿岸陸上與沿岸淺海處，故風力發電機之零組件及緊固件經常年受到酷暑嚴寒和極端溫差的嚴苛考驗。另外，AWEA ( AMERICAN WIND ENERGY ASSOCIATION )之研究也發現風力發電機隨著高度越高，可發電之風力效率亦有提升的趨勢。因而可發現風力發電之緊固件，除了需具備抗蝕能力外，更須具備其各軸向之剪切應力之負荷能力，故選擇鉻鉬鋼(SCM440)做為研究材料。 　　SCM440為中低合金鋼，為一種常見之強韌鋼並常被應用於軸承、齒輪、機械螺絲等，其性質乃以熱處理後組織變化之影響所決定。在熱處理時，強韌鋼會因直徑與厚度的因素產生質量效應(Mass Effect)，如果經過完全淬火處理之組織，須避免因回火溫度過高而產生脆化；國內外也皆有相關文獻[1-2]，包括原沃斯田鐵晶粒尺寸對於鉻鉬鋼之回火影響之探討[3]。若施以適當之熱處理溫度進行回火處理，則顯微組織會轉變成糙班體(Sorbite)，呈現較佳的強韌性質[4]，可知熱處理於SCM440之重要性。甚至也有學者對於其鍛件內外冷卻速率不同進而進行補償其冷卻速率不同之缺陷，使得其熱鍛技術已達精密階段[5]。因此，本研究借由熱分析之方式進行SCM440之高溫熱行為，再借由不同之熱處理建立不同溫度熱處理與顯微組織之關係。 2. 實驗方法 本實驗所使用材料為一般商業用SCM440鉻-鋼鋼，即由熔鑄過程與均質化處理，再經加工為直徑12mm之棒材，SCM 440材料化學成份如表一所示。即將製備完成之材料先利用熱分析之數據，再進行熱處理，可藉由顯微組織之變與及機械性質的差異，建立相關材料特性之資料庫，實驗流程如圖一所示。 表一：SCM440化學成份表 (wt.%) C Si Mn P S Cu 0.420 0.240 0.820 0.018 0.012 0.010 Ni Cr Mo Al Fe 0.020 0.860 0.160 0.046 Bal. 圖一：實驗流程 2.1 高溫熱性質之分析 高溫熱性質之分析乃利用高溫示差掃描量熱儀 (DSC, NETZSCH DSC 404)進行測試。從室溫以10°C/分鐘之升溫速率升溫至1550°C，持溫5分鐘，再以10°C/分鐘之降溫速率降至室溫；過程中通入Ar之保護性氣體，氣體流量為100 ml/分鐘。主要目的可藉此尋找SCM 440之液相線與固相線溫度，亦可定義出相變化之溫度區間，始能判斷高溫加工之參考溫度做為依據。 2.2 XRD定性量測 　　以X-ray繞射儀以locked co