超音波脉冲回波法量测硬脆材料特性之探讨.PDF

高雄師大學報 2015, 38, 29-44 超音波脈衝回波法量測硬脆材料特性 之探討 1 2 3 金佩傑 、吳士傑 、劉杰靈 摘 要 本論文探討硬質材料楊氏係數量測方法，針對 ITO 玻璃(Alkaline earth boro- aluminosilicate) 、金屬玻璃(Bulk metallic glass, BMG)及鎳基超合金(CM247LC)三種材 料，使用超音波脈衝回波法(pulse-echo)及奈米壓痕(nanoindentation) ，來作為楊氏系 數量測結果的比較。 ITO 玻璃用超音波量測到的楊氏係數和剪力係數結果，與用奈米壓痕所量測到的 結果，差異值分別在0.83%及2.70%之間，顯示超音波量測對均質非晶材料精準度非 常好。且超音波用量測縱波及橫波波速，去計算材料浦松比及楊氏係數，對於實際樣 品並不會有破壞的行為，而且可在現場量測，既快速又簡便。相對而言，奈米壓痕就 有試驗樣品大小上的限制，既無法在現場即時量測，且其量測過程較為緩慢耗時且易 受環境干擾。然而在金屬玻璃的結果差異值為 23.59% ，以及鎳基超合金為5.11% ， 顯示超音波對量測對象有選擇性，數據必須謹慎處理。 金屬玻璃材料成份為金屬與非金屬組合而成，其原子排列方向及熔合金屬和非晶 合金之間的界面生成物，對超音波的波速數據有相當的影響，應對其不同的傳遞方 向，進行波速的量測與計算。以鎳基的CM247LC 超合金金屬材質而言，其晶粒成長 方向如樹枝狀(dendrite) 結構且具有不同成長方向性，尤其析出 carbide 碳化及 γ-γ’(eutectic phase)相充滿晶界，使得超音波傳播異於一般金屬。 關鍵詞：超音波脈衝回波法、奈米壓痕、楊氏系數、金屬玻璃、鎳基超合金 投稿日期：2015/03/09 ；接受日期：2015/06/23                                                         1 義守大學機械與自動化工程學系副教授 2 義守大學機械與自動化工程學系助理教授 3 義守大學機械與自動化工程學系研究生 30 高雄師大學報 第三十八期 Investigation of Ultrasonic Properties of Brittle Materials * ** *** Pei-chieh Chin Shih-jeh Wu Hawking Liu Abstract Ultrasonics is an essential part of non-destructive methods of measuring the elastic moduli of materials. Pulse-echo method has been widely used to measure the elastic behavior of materials (elastic moduli and Poisson ratio) along with other destructive methods such as ten