Effect of Hydrogen Gas on the Mechanical Properties of Ti-6Al-4V

• Main Authors: C.-S. Ma, 馬正欣
• Other Authors: J.-H. Huang
• Format: Others
• Language: zh-TW
• Published: 1995
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/79689599827691590464

碩士 === 國立清華大學 === 核子工程學系 === 83 === Ti-6Al-4V 合金擁有良好的腐蝕抗性, 極高的強度重量比 , 同時在高溫 下, 仍能保持極佳的強度和韌性, 但是卻有氫脆化的問題。該合金經由不 同的熱處理條件可產生出α相(hcp) 連續或β相 (bcc) 連續兩種微結構 ， 本實驗即針對此二種微結構，在 20 ℃ ~95 ℃與 0~3.03 MPa的氫氣 壓力環境中，觀察試片的機械性質變化。在本實驗的氫壓與溫度範圍內, 氫壓對鈦合金機械性質的影響比溫度或微結構的影響大。刻痕試片斷面上 皆出現三角形 Mode I 破裂區域, 此區的大小和裂面形象與測試氫壓與 溫度有關; 刻痕拉伸強度愈低時, 此區域面積愈大同時在此區域的斷面上 顯示愈脆的斷面外觀。此一區域經比對有限元素法分析結果推斷, 應由試 片的幾何形狀與應力狀態所形成。 1.01MPa氫壓下, β相連續結構之刻痕 拉伸強度分別在 45 ℃與 70 ℃間出現兩個轉折。 可能的原因是, 20 ℃ 到 45 ℃間溫度上升氫擴散面積加大, 而氫脆效應增加。 70 ℃時由於降 伏強度下降, 裂口前端塑性變形區變大, 造成刻痕拉伸強度升高。同時 70 ℃到 95 ℃間, 刻痕拉伸強度下降的原因則可能是由於β相連續結構 在此溫度下出現動態應變時效的結果。 1.01MPa氫壓下, β相不連續結 構在 45 ℃下出現極度刻痕敏感性。推測在此溫度與氫壓下出現極度刻痕 敏感性的原因, 除了跟氫擴散效應與材料本身的機械性質有關, 可能亦與 β相不連續結構中刻痕前端β相分佈的不均勻性有密切的關係。 3.03MPa 氫壓下, β相連續結構與β相不連續結構分別在溫度高於 20 ℃ 與 45 ℃時產生全部脆裂的 Mode I 區域,同時溫度愈高 Mode I 區域面 積愈大。由斷面外觀判斷, 可能是自催化氫脆所造成的結果。本研究結果 亦顯示僅由平滑拉伸測試之結果，並不能顯現氫脆的嚴重性。必須使用刻 痕拉伸試片同時考慮其刻痕敏感性，與氫對刻痕前端之敏感區的影響，方 能正確得知氫對鈦合金之機械性質的影響。