臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用熱機處理來製備具不同預應變之四種合金，包括AZ31鎂合金、L9鎂鋰合金 、6061鋁合金及七三黃銅，探討其是否及如何發生加工軟化行為與退火硬化行為。藉由示差掃瞄熱卡計(DSC) 及高溫壓縮測試，並且配合光學顯微鏡(OM)微觀組織之觀察，探討四種合金內微觀結構之變化與加工軟化及退火硬化的關係。研究結果顯示，預應變量越大之材料其高溫強度越低，造成「應變軟化」或「加工軟化」；而退火造成材料之高溫強度上升，即「退火硬化」，而且預應變量越大之材料其「退火硬化」之效果越明顯。

In this study thermomechanical processings were applied to four alloys, including AZ31 and L9 Mg alloys, 6061 Al alloy and Cu-30%Zn alloy, for the strain softening and anneal hardening studies. By using differential scanning calorimetry (DSC), optical microscopy (OM), and elevated temperature compression test. The relationships between microstructure evolution and the behaviors of strain softening and anneal hardening were examinated. The results showed that the elevated temperature strength of alloys is inversely proportional to the applied pre-strain, which leads to the strain softening effect. An anneal treatment, on the other hand, increases the elevated temperature strength of alloys, and the magnitude of anneal hardening was found to be proportional to the magnitude of pre-strain.

中文摘要i
英文摘要ii
目錄iii-vi
圖目錄-xiv


章節
第一章 導論1

第二章 文獻回顧2
2.1金屬熱加工2-3
2.2 熱加工情況下之動態回復與動態再結晶3-4
2.2.1 動態恢復5
2.2.2 動態再結晶5-7
2.3影響高溫機械性質之變數8-9
2.3.1 Zener-Hollomon參數9-10
2.3.2 起始晶粒尺寸10-11

第三章 實驗步驟12
3.1 材料製程12
3.2 熱機處理13
3.2.1 AZ31熱機處理13
3.2.2 L9熱機處理13
3.2.3 Al 6061熱機處理13
3.2.4 黃銅熱機處理14
3.3 微觀結構與特性檢驗14
3.3.1 微觀結構檢驗14
3.3.2 示差熱分析量測14-15
3.3.3 壓縮試驗15
3.3.4 退火試驗15-16

第四章 結果與討論17
4.1示差熱分析量測17
4.2 微觀結構演變 17
4.2.1 微觀結構17-18
4.3 高溫機械性質18
4.3.1 AZ31壓縮試驗18
4.3.1.1 AZ31在不同溫度下壓縮18-20
4.3.1.2 AZ31在不同預應變量下壓縮20-21
4.3.1.3 AZ31 在不同應變速率下壓縮21-22
4.3.2 L9壓縮試驗22
4.3.2.1 L9在不同溫度下壓縮22-23
4.3.2.2 L9在不同預應變量下壓縮23-24
4.3.2.3 L9在不同應變速率下壓縮24
4.3.2.4 L9中斷壓縮試驗24-25
4.3.3 Al 6061壓縮試驗25
4.3.3.1 Al 6061在不同溫度下壓縮25-26
4.3.3.2 Al 6061在不同預應變量下壓縮26-27
4.3.3.3 Al 6061在不同應變速率下壓縮27-28
4.3.3.4 Al 6061 中斷壓縮試驗28
4.3.4 黃銅壓縮試驗29
4.3.4.1 黃銅在不同溫度下壓縮29-30
4.3.4.2 黃銅在不同預應變量下壓縮30-31
4.3.4.3 黃銅在不同應變速率下壓縮31
4.3.4.4 黃銅中斷壓縮試驗32
4.4 退火硬化試驗32
4.4.1 AZ3132-33
4.4.2 L933
4.4.3 Al606133
4.4.4 Brass34

第五章 結論35-36

第六章 參考文獻37-40


圖目錄

圖2.1 金屬及其合金在熱加工廣泛地使用的兩種變形過程 (a)在擠型中，材料藉由大力塞進的力量通過模具來完成面積的縮減。 (b)在輥軋中，藉由兩個迴轉的滾輪提供需要力量來完成減少材料的厚度[2]。41
圖2.2 在熱加工期間微觀結構可能的改變 (a)在鍛造中，發生動態回復，之後伴隨形狀改變的靜態回復。如果只有發生回復，形狀晶粒的改變等量於巨觀形狀的改變。(b)變形後影響晶粒的再結晶（靜態再結晶）(c) 發生動態再結晶（即擠壓當中就發生再結晶），之後伴隨著靜態再結晶 [2]。42
圖2.3材料發生動態回復的真實應力-應變曲線。 結構穩定狀態發展：增加應變速率以及降低溫度，可提高穩定狀態的流變應力值[13]。43
圖2.4 (a) 材料發生動態再結晶的真實應力-應變曲線圖 (b) Fe-0.25 wt.% C 的鋼鐵在溫度1373 K 下熱加工的真實應力-應變曲線圖 [13]。44
圖2.5 材料在低應力（較低曲線）以及在高應力（較高曲線）潛變的應變與應變速率圖形。在低應力下，應變速率逐漸減少隨著時間（應變）到穩定狀態的數值。 在高應力之下，當材料發生再結晶，應變與應變速率有振盪的曲線; 應變速率在完成再結晶有最大值以及應變速率在剛開始發生再結晶有最小值 [2]。45
圖2.6 (a) 在動態再結晶過程的振盪應力-應變曲線圖，當開始發生再結晶的(εc) 大於需要完成再結晶的 。 第一個循環的應變（εs）是εc 與εx的總和。 (b) 當εx＞εc ，得到非振盪的曲線，穩定狀態的流變應力在εs (=εx+εc) [2]。46
圖2.7 εc 與 εx 隨著應力的變化。 在低的應力之下， εc ＞εx 將發現週期性的動態再結晶。反之亦然。這是Ni 在溫度1210 K的資料 [2]。47
圖2.8 OFHC copper不同溫度影響在應變速率2×10-3 s-1下壓縮的真實應力-應變曲線圖[14]。48
圖2.9 OFHC copper不同初始晶粒尺寸在溫度775 K以及應變速率2×10-3 s-1下壓縮的真實應力-應變曲線圖[31]。49
圖2.10 Cu-1.91 wt.% Be合金不同的應變速率在溫度1073 K下壓縮的真實應力-應變圖[36]。50
圖3.1 AZ31實驗流程圖51
鎂鋁二元系統相圖52
圖3.2 L9實驗流程圖53
鎂鋰二元系統相圖54
圖3.3 Al 6061實驗流程圖55
鋁鎂釸擬二元系統相圖56
圖3.4 黃銅實驗流程圖57
鋅銅二元系統相圖58
圖3.5 變速輥軋機59
圖3.6 Nikon-Optiphot光學顯微鏡60
圖3.7 TA 2910示差熱分析儀61
圖3.8 Hung-Ta HT 8150拉力試驗機與5段式溫控爐62
圖4.1 冷加工DSC曲線 (a)AZ31,(b)L9,(c)Al 6061,(d)Brass。63
圖4.2 壓縮測試前AZ31微觀結構；(a) 0%預應變量， (b) 30%預應變量。64
圖4.3 壓縮測試前L9微觀結構； (a) 0%預應變量， (b) 30%預應變量， (c) 60%預應變量。65
圖4.4 壓縮測試前Al 6061微觀結構； (a) 0%預應變量， (b) 30%預應變量， (c) 60%預應變量。66
圖4.5 壓縮測試前黃銅微觀結構；(a) 0%預應變量， (b) 30%預變量， (c) 60%預應變量。67
圖4.6 各溫度下30%預應變量的AZ31在2×10-4 s-1應變速率測試所得之壓縮曲線圖。68
圖4.7 30%預應變量的AZ31在2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應
變為2之金相圖； (a)壓縮測試前，(b)在150℃壓縮測試後，(c)在300℃壓縮測試後，(d)在450℃壓縮測試後。69
圖4.8 各預應變量的AZ31在450℃、2×10-4 s-1應變速率下測試所得之壓縮曲線圖。70
圖4.9 AZ31在450℃、2×10-4 s-1應變速率之下壓縮測試至真實應
變達到2.0後之金相圖；(a) 0%預應變試片，壓縮測試前；(b) 0%預應變試片，壓縮測試後；(c) 30%預應變試片，壓縮測試前；(d) 30%預應變試片，壓縮測試後。71
圖4.10 各應變速率下30%預應變量的AZ31在450℃下測試所得之壓縮曲線圖。72
圖4.11 30%預應變量的AZ31在450℃下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖； (a) 壓縮測試前，(b) 應變速率1×10-2 s-1 ，(c) 應變速率1×10-3 s-1 ，(d) 應變速率2×10-4 s-1。73
圖4.12 各溫度下60%預應變量的L9在2×10-4 s-1應變速率測試所得之壓縮曲線圖。74
圖4.13 60%預應變量的L9在2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為2之金相圖； (a)壓縮測試前，(b)在150℃壓縮測試後，(c)在300℃壓縮測試後，(d)在450℃壓縮測試後。75
圖4.14 各預應變量的L9在450℃、2×10-4 s-1應變速率下測試所得之壓縮曲線圖。76
圖4.15 L9在450℃、2×10-4 s-1應變速率之下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖；(a) 0%預應變試片，壓縮測試前；(b) 0%預應變試片，壓縮測試後；(c) 30%預應變試片，壓縮測試前；(d) 30%預應變試片，壓縮測試後；(e) 60%預應變試片，壓縮測試前；(f) 60%預應變試片，壓縮測試後。77
圖4.16 各應變速率下60%預應變量的L9在450℃下測試所得之壓縮曲線圖。78
圖4.17 60%預應變量的L9在450℃下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖； (a) 壓縮測試前，(b) 應變速率1×10-2 s-1 ，(c) 應變速率1×10-3 s-1 ，(d) 應變速率2×10-4 s-1。79
圖4.18 微觀結構演變金相圖之0%預應變量的L9在450℃、2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為(a) 0，(b) 0.05，(c) 0.5，(d) 1.0，(e) 1.5，(f) 2.0。80
圖4.19 各溫度下60%預應變量的Al 6061在2×10-4 s-1應變速率測試所得之壓縮曲線圖。81
圖4.20 60%預應變量的Al 6061在2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為2之金相圖； (a)壓縮測試前，(b)在200℃壓縮測試後，(c)在350℃壓縮測試後，(d)在500℃壓縮測試後。82
圖4.21 各預應變量的Al 6061在500℃、2×10-4 s-1應變速率下測試所得之壓縮曲線圖。83
圖4.22 Al 6061在500℃、2×10-4 s-1應變速率之下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖；(a) 0%預應變試片，壓縮測試前；(b) 0%預應變試片，壓縮測試後；(c) 30%預應變試片，壓縮測試前；(d) 30%預應變試片，壓縮測試後；(e) 60%預應變試片，壓縮測試前；(f) 60%預應變試片，壓縮測試後。84
圖4.23 各應變速率下60%預應變量的Al 6061在500℃下測試所得之壓縮曲線圖。85
圖4.24 60%預應變量的Al 6061在500℃下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖； (a) 壓縮測試前，(b) 應變速率1×10-2 s-1 ，(c) 應變速率1×10-3 s-1 ，(d) 應變速率2×10-4 s-1。86
圖4.25 微觀結構演變金相圖之0%預應變量的Al 6061在500℃、2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為(a) 0，(b) 0.1，(c) 0.5，(d) 1.0，(e)1.5，(f) 2.0。87
圖4.26 各溫度下60%預應變量的黃銅在2×10-4 s-1應變速率測試所得之壓縮曲線圖。88
圖4.27 60%預應變量的黃銅在2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為2之金相圖； (a)壓縮測試前，(b)在200℃壓縮測試後，(c)在350℃壓縮測試後，(d)在500℃壓縮測試後。89
圖4.28 各預應變量的黃銅在500℃、2×10-4 s-1應變速率下測試所得之壓縮曲線圖。90
圖4.29 黃銅在500℃、2×10-4 s-1應變速率之下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖；(a) 0%預應變試片，壓縮測試前；(b) 0%預應變試片，壓縮測試後；(c) 30%預應變試片，壓縮測試前；(d) 30%預應變試片，壓縮測試後；(e) 60%預應變試片，壓縮測試前；(f) 60%預應變試片，壓縮測試後。91
圖4.30 各應變速率下60%預應變量的黃銅在500℃下測試所得之壓縮曲線圖。92
圖4.31 60%預應變量的黃銅在500℃下壓縮測試至真實應變達到2.0後之金相圖； (a) 壓縮測試前，(b) 應變速率1×10-2 s-1 ，(c) 應變速率1×10-3 s-1 ，(d) 應變速率2×10-4 s-1。93
圖4.32 微觀結構演變金相圖之0%預應變量的黃銅在500℃、2×10-4 s-1應變速率下壓縮至真實應變為(a) 0，(b) 0.2，(c) 0.5，(d) 1.0，(e) 1.5，(f) 2.0。94
圖4.33 0% 、 30％預應變量的AZ31未退火與350℃退火兩小時，在350℃、應變速率2×10-4 s-1下壓縮的真實應力值。95
圖4.34 0% 、30％、 60％預應變量的L9未退火與350℃退火一小時，在350℃、 應變速率2×10-4 s-1下壓縮的真實應力值。96
圖4.35 0% 、 30％、 60％預應變量的Al 6061未退火與450℃退火兩小時，在450℃、 應變速率2×10-4 s-1下壓縮的真實應力值。97
圖4.36 0% 、 30％、 60％預應變量的黃銅未退火與550℃退火兩小時，在550℃、 應變速率2×10-4 s-1下壓縮的真實應力值。98

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