TW201925486A

TW201925486A - 合金的製造方法

Info

Publication number: TW201925486A
Application number: TW106141415A
Authority: TW
Inventors: 郭彥甫; 許傳仁; 施景祥; 呂英誠
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TWI667352B

Abstract

一種合金的製造方法，係用以解決習知多元合金的製造過程中，耗費大量的時間，造成整體生產成本的增加的問題，其包含提供n個合金元素；及根據帕斯卡三角形中第n列的係數作為該n個合金元素的原子數比，以將該n個合金元素熔融混合以獲得一多元合金，其中，n=3~6的整數。

Description

合金的製造方法

本發明係關於一種合金的製造方法，特別是一種使用特定規則來選擇合金組成比例的合金的製造方法。

在製造多元合金，例如包含三到六種金屬的多元合金時，為了使該多元合金具有良好的機械性質，必須針對該多元合金中的金屬比例進行調整，尤其不同的金屬具有不同的性質，因此必須考慮各金屬的性質才能找出的適當的比例，然而，習知多元合金的製造過程中，通常必須不斷嘗試各種金屬比例，因而耗費大量的時間，及產生不必要的廢棄合金，造成整體生產成本的增加。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種合金的製造方法，係能夠以特定的規則直接得知該合金的合金元素比例，以減少研發時程及廢棄合金者。

本發明的一種合金的製造方法，包含：提供n個合金元素；及根據帕斯卡三角形中第n列的係數作為該n個合金元素的原子數比，以將該n個合金元素熔融混合，其中，n=3~6的整數。

據此，係根據特定的原子數比來製造三至六元合金，而可以直接推算各合金元素於該多元合金中所佔的比例，以形成具有良好機械性質的多元合金，而不需耗費大量研發時程，具有降低時間成本的功效。再者，本發明的合金的製造方法，係藉由特定的原子數比，簡單的推算三至六元合金中各合金元素的原子數比，進而可以直接推算三至六元合金中各合金元素所佔的比例，以形成具有良好機械性質的多元合金，而不需針對三至六元合金各別重新測試合金元素比例，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

其中，當n為3時，係獲得一三元合金，該三元合金所含合金元素依原子數比順序係為鋁、鐵、錳。如此，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

其中，當n為4時，係獲得一四元合金，該四元合金所含合金元素依原子數比順序係為鈷、鎳、鐵、鉻。如此，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

其中，當n為5時，係獲得一五元合金，該五元合金所含合金元素依原子數比順序係為碳、錳、鐵、鋁、鉻。如此，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

其中，當n為6時，係獲得一六元合金，該六元合金所含合金元素依原子數比順序係為鈦、鉻、鎳、鈷、鐵、鋁。如此，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

〔本發明〕

S1‧‧‧準備步驟

S2‧‧‧熔融步驟

第1圖：本發明合金製造方法的流程圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明之一實施例的合金的製造方法大抵係可以包含：一準備步驟S1及一熔融步驟S2，該準備步驟S1係提供數個合金元素，該熔融步驟S2係將該數個合金元素熔融混合，以獲得一多元合金。

該準備步驟S1中，係可以依照所欲形成的該多元合金，提供相對應數量及種類的合金元素，並根據用途而需使用的合金的不同，提供不同種類的合金元素，例如，可以提供鐵、鋁、錳以形成鐵鋁錳合金為基底，再添加其他合金元素以形成適用於高韌性，耐低溫之材料，本發明在此不作限制。

該熔融步驟S2係將各合金元素原料以特定的原子數比加入高溫熔爐中，例如高周波爐進行熔融混合，或者可以將特定原子數比的各合金元素，於該高周波爐中熔融後倒入澆桶中再混合，即可獲得該多元合金。

詳言之，習知的帕斯卡三角形(Pascal’s triangle)排列法係為以1為頂點並將左上及右上的數字相加以做為下一列的數字排列，左上或右上無數字時則視為0，即，帕斯卡三角形的頂點為1，第二列為0+1、1+0，即1、1，第三列為0+1、1+1、1+0，即1、2、1，如此向下延伸，此為本領域人員可以理解，故後續延伸部分不再贅述。而本發明係依照帕斯卡三角形的第二列，即，1：1，推算形成1：2：1的比例，並以該比例1：2：1的原子數形成一三元合金。

更詳言之，參照帕斯卡三角形排列，該熔融步驟S2中係根據帕斯卡三角形中所選擇的列作為該數個合金元素的原子數比，將該數個合金元素熔融混合以獲得該多元合金，其中，該多元合金中所含的合金元素數等於帕斯卡三角形中第n列，該多元合金中所含的合金元素的原子數比即等於該列的係數。

本實施例中，欲形成三元合金時，係參照帕斯卡三角形的第3列，以原子比為1：2：1的鋁(Al)、鐵(Fe)、錳(Mn)形成該三元合金，使該三元合金包含重量百分比計為13.25~14.64%的鋁，54.8~60.57%的鐵，26.95~29.79%的錳，其餘為雜質，較佳包含13.94%的鋁，57.68%的鐵，28.37%的錳，其中，鐵可以為基底以形成可塑性強具有韌性的沃斯田鐵相，錳元素係可以穩定沃斯田鐵相並改善鐵鋁合金的脆性，以使該三元合金具有良好的韌性及加工性。藉此，本實施例之三元合金的密度為6.8g/cm³，抗拉強度為110~140ksi、降伏強度為75~90ksi、延伸率為45~58.9%，係具有良好的機械性質。

基於相同的技術概念，當欲形成一四元合金時，該熔融步驟S2中係根據該三元合金的合金元素原子比例1：2：1，形成0+1：1+2：2+1：1+0，即，參照帕斯卡三角形的第4列，因此，該四元合金中各合金元素的原子數比為1：3：3：1。本實施例中，係能夠以原子比為1：3：3：1的鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉻(Cr)形成該四元合金，使該四元合金包含重量百分比計為12.32~13.61%的鈷，36.8~40.67%的鎳、35.02~38.70%的鐵，10.87~12.01%的鉻，其餘為雜質，較佳包含12.96%的鈷，38.73%的鎳、36.83%的鐵，11.44%的鉻，其中，以鐵為基底以形成沃斯田鐵相，添加鎳以穩定沃斯田鐵相，並可以熔解較多其他合金元素以形成合金，並保持良好的組織穩定性及合金的可塑性，添加鉻可以有效的提升合金的抗蝕性，而添加鈷則使合金具有耐高溫、耐氧化性及耐腐蝕的效果。藉此，本實施例之四元合金的抗拉強度為1200~1600MPa、降伏強度為900~1300MPa，係具有良好的機械性質。

該準備步驟S1中當欲形成一五元合金時，係根據該四元合金的合金元素原子比例1：3：3：1，形成0+1：1+3：3+3：3+1：1+0，即，參照帕斯卡三角形的第5列，因此，該五元合金中各合金元素的原子數比為1：4：6：4：1。本實施例中，係能夠以原子比為1：4：6：4：1的碳(C)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鋁(Al)、鉻(Cr)形成該五元合金，使該五元合金包含重量百分比計為1.57~1.73%的碳，28.72~31.71%的錳、43.80~48.41%的鐵，14.12~15.60%的鋁，6.80~7.51%的鉻，其餘為雜質，較佳包含1.65%的碳，30.23%的錳、46.1%的鐵，14.86%的鋁，7.15%的鉻，其中，以鐵基底以形成沃斯田鐵相，添加錳元素係可以穩定沃斯田鐵相並改善鐵鋁合金的脆性，以使該五元合金具有良好的韌性及加工性，碳為有效的穩定劑，添加碳係可以讓鐵錳鋁合金成為完全的沃斯田體以提高合金的抗拉強度及降伏強度，本實施例之五元合金係包含1.57~1.73%的碳，以避免過多的碳造成該五元合金的延展性及高溫抗氧化性的下降。同樣地，添加鉻以有效的提升該五元合金的抗蝕性。藉此，本實施例之五元合金的密度為6.07g/cm³，未經熱處理的硬度值可達40HRC，而在1100℃處理2小時後，固熔硬度值為44HRC，而在1100℃處理2小時，續於450℃處理12小時候，時效固熔硬度值為48HRC，係具有良好的機械性質。

該準備步驟S1中當欲形成一六元合金時，係根據該五元合金的合金元素原子比例1：4：6：4：1，形成0+1：1+4：4+6：6+4：4+1：1+0，即，參照帕斯卡三角形的第6列，因此，該六元合金中各合金元素的原子數比為1：5：10：10：5：1。本實施例中，係能夠以原子比為1：5：10：10：5：1的鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鋁(Al)形成該六元合金，使該六元合金包含重量百分比計為2.54~2.81%的鈦，13.80~15.25%的鉻、31.14~34.42%的鎳，31.27~34.56%的鈷，14.82~16.38%的鐵，1.43~1.58%的鋁，其餘為雜質，較佳包含2.67%的鈦，14.52%的鉻、32.78%的鎳，32.92%的鈷，15.6%的鐵，1.51%的鋁，其中，以鐵基底以形成沃斯田鐵相，並加入重量輕、強度高的鈦，使合金具有良好的耐高低溫、抗強酸強鹼及低密度的效果，且加入鈦所形成的鈦合金之抗拉強度與一般的鋼相當。藉此，本實施例之六元合金於1100℃、變形速率為0.1mm/sec的條件下進行塑性變形時，壓縮降伏強度為585Mpa，且當縮減比達50%時，該六元合金並未產生碎裂或裂紋，具有適合高溫自由鍛造的功效。

綜上所述，本發明的合金的製造方法，係根據特定的原子數比來製造三至六元合金，而可以直接推算各合金元素於該多元合金中所佔的比例，以形成具有良好機械性質的多元合金，而不需耗費大量研發時程及產生廢棄合金，具有降低整體生產成本的功效。

再者，本發明的合金的製造方法，係藉由特定的原子數比，簡單的推算三至六元合金中各合金元素的原子數比，進而可以直接推算三至六元合金中各合金元素所佔的比例，以形成具有良好機械性質的多元合金，而不需針對三至六元合金各別重新測試合金元素比例，可以達到輕易生產出具有優良機械性質之多元合金的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種合金的製造方法，包含：提供n個合金元素；及根據帕斯卡三角形中第n列的係數作為該n個合金元素的原子數比，以將該n個合金元素熔融混合，其中，n=3~6的整數。
如申請專利範圍1所述之合金的製造方法，其中，當n為3時，係獲得一三元合金，該三元合金所含合金元素依原子數比順序係為鋁、鐵、錳。
如申請專利範圍1所述之合金的製造方法，其中，當n為4時，係獲得一四元合金，該四元合金所含合金元素依原子數比順序係為鈷、鎳、鐵、鉻。
如申請專利範圍1所述之合金的製造方法，其中，當n為5時，係獲得一五元合金，該五元合金所含合金元素依原子數比順序係為碳、錳、鐵、鋁、鉻。
如申請專利範圍1所述之合金的製造方法，其中，當n為6時，係獲得一六元合金，該六元合金所含合金元素依原子數比順序係為鈦、鉻、鎳、鈷、鐵、鋁。