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研究生:陳俊銘
研究生(外文):Chun-ming Chen
論文名稱:商用純鋁經平面應變產生65%厚度縮減量之溫加工變形組織
論文名稱(外文):Warm worked structure of commercially pure aluminum under 65% deformation
指導教授:張志溥
指導教授(外文):Chih-pu Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:材料科學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:溫加工變形組織平面應變壓縮晶向差
外文關鍵詞:Plane Strain Compression (PSC)Warm-worked Deformation Structure
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本實驗是以平面應變加工法,將1050商用純鋁,在變形溫度150oC、200oC、250oC和300oC,應變率5 10-2s-1及5 10-4s-1的條件下,進行65%軋延量的加工變形。再利用穿透式電子顯微鏡(TEM)來研究材料的變形組織及量測各項組織參數,包括差排胞尺寸、差排胞形狀(aspect ratio)及差排牆晶向差分佈的特性,並試著區分出GNBs與IDBs占全部差排牆數目的比例。
在變形溫度150oC至250oC之間,可以觀察到棋盤式結構,可是在變形溫度300oC時,則不易觀察到棋盤式結構。隨著變形溫度的上升,平均差排胞尺寸會增加,平均差排牆晶向差也會略微增加,但GNBs占全部差排牆的比例大致會下降。若是當應變率由 s-1降至 s-1時,平均差排胞尺寸會增加,但差排胞長短軸比會減少,平均差排牆晶向差會減少,以及GNBs占全部差排牆的比例也會下降。在不同變形溫度條件下,差排胞尺寸分佈與差排牆晶向差分佈經scaling後,皆可得到良好單一函數來描述。若將平均差排胞尺寸倒數對材料的flow stress做圖,則可得到線性的關係式。
In our research, aluminum (1050) was deformed by plane strain compression (PSC) up to 65% reduction. The total deformation conditions include four temperatures (from 150oC to 300oC) and two strain rates (5×10-2s-1 and 5×10-4s-1). After the deformation, the specimens were examined by TEM for observing the morphology of the microstructures and measuring various parameters, which includes the sizes and aspect ratios of dislocation cells, as well as the distribution of misorientation angles for dislocation walls. At last, the proportions of GNBs and IDBs were tried to be determined.
目錄
圖表目錄 Ⅰ
壹 前言 1
貳 文獻回顧 2
2-1結構演化的原則 2
2-2冷加工下的微結構演化 4
2-2-1 冷軋鋁的微結構演化 4
2-2-2 冷軋銅的微結構演化 7
2-2-3 冷軋鎳的微結構演化 9
2-2-4 大量冷軋後的純鋁,其強度與差排牆晶向差的關係 10 2-3 微結構參數的scaling行為 11
2-4 差排牆間距的scaling行為 15
2-5 溫與熱加工下的微結構演化 18
2-5-1 熱加工的差排組織行為 18
2-5-2 Al-1wt%Mg合金在溫加工下的微結構演化 19
2-5-3不同應變率與溫度下,1100鋁合金的微觀組織與強度間的關係 22
2-5-4 溫加工變形後,1050鋁的微觀組織與參數之變化 24
參 研究目的 28
肆 實驗方法 29
4-1 材料的準備 29
4-2 實驗設備 29
4-3 平面應變加工法 29
4-3-1 原理與加工方式 29
4-3-2 等效真實應力與等效真實應變關係圖的校正 30
4-4 TEM試片製作 32
4-5 光學顯微鏡試片製作 32
4-6 差排胞尺寸與長短軸比的計算 33
4-7差排牆晶向差角度的量測 33
4-8 GNBs與IDBs占差排牆數目百分比的計算 34
4-9 scaling化的原理與過程 34
伍 實驗結果 36
5-1 材料的機械性質 36
5-2光學顯微鏡的觀察 36
5-3 穿透式電子顯微鏡的觀察 36
5-3-1 微結構的形貌 36
5-3-2 差排胞的尺寸與長短軸 38
5-3-3 差排牆晶向差 39
5-4 差排胞的尺寸與差排牆晶向差分佈的scaling 39
5-5 差排胞尺寸與材料強度的關係 40
陸 討論 41
柒 結論 45
捌 參考文獻 48
附錄 TEM圖號 105

表目錄
表1 1050商用純鋁成份表 50
表2 1050商用純鋁經過平面應變加工法後,試片的厚度變化及軋延量 50
表3 1050純鋁在應變率 s-1條件下,經過平面應變加工法後,以TEM量測所得的微結構參數 51
表4 1050純鋁在應變率5 10-4s-1條件下,經過平面應變加工法後,以TEM量測所得的微結構參數 51

圖目錄
圖1 棋盤式結構之TEM照片 52
圖2 純鋁在變形下的CBs、DDWs、MBs、LBs與差排胞的示意圖
(a)低應變量時(b)高應變量時 52
圖3 MB1s的形態示意圖 53
圖4 冷軋鋁之30%~90%軋延量的手繪微結構示意圖 54
圖5 鎳的GNBs與IDBs微結構示意圖 55
圖6 鎳的bamboo structure與次晶粒微結構示意圖 55
圖7 AA 1200純鋁進行冷軋後,在真實應變量分別為(a)0.5 (b)1.0 (c)2.0 (d)3.0 (e)4.0 (f)5.0時的GNBs晶向差分佈圖 56
圖8 AA 1200純鋁進行冷軋後,在真實應變量分別為(a)1.0 (b)2.0 (c)3.0 (d)4.0 (e)5.0時的IDBs晶向差分佈圖 56
圖9 AA 1200純鋁進行冷軋後,GNBs與IDBs晶向差與真實應變量的關係圖 57
圖10 AA 1200純鋁進行冷軋後,以GNBs與IDBs微結構參數計算材料強度後,與拉伸實驗量測的材料強度比較圖 57
圖11 不同軋延量的純鋁,其IDBs的probability density分佈曲線 圖 58
圖12不同軋延量的純鋁,其GNBs的probability density分佈曲線
圖 58
圖13不同軋延量的純鋁,經過scaling後之IDBs的probability density分佈曲線圖 59
圖14 不同軋延量的純鋁,經過scaling後之GNBs的probability density分佈曲線圖 59
圖15 不同軋延量的純鋁,經過scaling後之所有差排牆的probability density分佈曲線圖 60
圖16 (a)用兩個Rayleigh分佈的疊加,來描述不同軋延量的純鋁之差排牆晶向差累加機率密度分佈(b)以兩個Rayleigh分佈的疊加,最能夠描述純鋁之正規化的差排牆晶向差分佈 61
圖17 (a)用兩個Rayleigh分佈的疊加,來描述高軋延量的純鋁之IDBs晶向差的累加機率密度分佈(b)用兩個Rayleigh分佈的疊加,來描述高軋延量的純鋁之GNBs晶向差的累加機率密度分佈 62
圖18 說明如何量測rd、ad及td的空間立體圖 63
圖19 電腦模擬虛擬差排牆斷面模型,所得間距分佈的結果 63
圖20 (a)單晶鋁經過冷軋後,對於不同應變量下的GNBs間距之機率密度分佈圖(b)正規化後的機率密度分佈圖 64
圖21 (a) 經過冷軋後,高應變量下的多晶鋁、多晶鎳與單晶鋁的GNBs間距之機率密度分佈的比較(b)三者正規化後的機率密度分佈之比較 65
圖22 電腦模擬GNBs生成的模型,所得到正規化後的間距分佈 66
圖23 鋁鎂合金經平面應變加工後的試片之幾何方向示意圖 66
圖24 鋁鎂合金的OM觀察相片圖(a)未變形前(b)-(d)為��=0.5,分別沿TD,LD及ND方向的觀察(e)��=2.5時,沿TD方向的觀察(f)變形帶相較於滾軋面的方向示意圖 67
圖25鋁鎂合金的TEM觀察(a)應變量0.5,沿TD方向的觀察(b)為(a)圖的手繪圖 68
圖26鋁鎂合金的TEM觀察(a)應變量1.0,沿TD方向的觀察(b)為(a)圖的手繪圖 69
圖27鋁鎂合金變形後的微結構之TEM觀察(a)����0.5(b)��=2.5時 69
圖28 1100鋁在不同的變形條件下之次晶粒尺寸與Z值的關係圖 70
圖29 1100鋁在不同的變形條件下,其材料強度與次晶粒尺寸之關係圖 70
圖30 1050鋁在不同溫度以應變率 s-1軋延變形後,其次晶粒尺寸分佈經scaling之後,可得很好單一的函數來描述 71
圖31 1050鋁在不同溫度以應變率 s-1軋延變形後,其差排牆晶向差分佈經scaling之後,可得很好單一的函數來描述 71
圖32 1050鋁在不同溫度以應變率 s-1軋延變形後,其差排牆晶向差分佈經scaling之後,可得很好單一的函數來描述 72
圖33 1050鋁在不同溫度以應變率 s-1軋延變形後,其差排胞尺寸分佈經scaling之後,可得很好單一的函數來描述 72
圖34 未變形前的試塊,其幾何形狀參數示意圖 73
圖35 Instron 5582萬能試驗機、加溫爐等實驗設備圖 73
圖36 加溫爐內部之試件與壓具圖 74
圖37 平面應變熱軋加工法,試樣軋延前後剖面圖 74
圖38 試件經平面應變加工後的變形完成圖及幾何方向示意圖 75
圖39 經平面應變加工,機器所讀得的原始荷重與位移關係圖 75
圖40 經平面應變加工,原點校正過程後的荷重與位移關係圖 76
圖41 經平面應變加工,真實試件位移校正過程後的荷重與位移關係圖 76
圖42 經平面應變加工,試件瞬間厚度與瞬間寬度的關係圖 77
圖43 如何利用Kikuchi pattern計算該晶粒方向的說明圖 77
圖44 1050鋁在不同變形溫度及應變率下,經平面應變加工法後之等效真實應力-等效真實應變曲線圖 78
圖45 在變形溫度150oC,應變率 s-1,經過65%軋延量之後的試塊上,沿著ND-LD方向上切取試片,可得試件中央大部分為良好變形均勻的光學顯微鏡照片 79
圖46 圖45中均勻變形區的放大圖 79
圖47 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度150oC條件下的TEM照片 80
圖48 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度150oC條件下,與圖47不同區域的TEM照片 80
圖49 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度200oC條件下的TEM照片 81
圖50 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度200oC條件下,與圖49不同區域的TEM照片 81
圖51 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度250oC條件下的TEM照片 82
圖52 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度250oC條件下,與圖51不同區域的TEM照片 82
圖53 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度300oC條件下的TEM照片 83
圖54 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度300oC條件下,與圖53不同區域的TEM照片 83
圖55 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度200oC條件下的TEM照片 84
圖56 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度200oC條件下,與圖55不同區域的TEM照片 84
圖57 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下的TEM照片 85
圖58 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下,與圖57不同區域的TEM照片 85
圖59 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下,以較低倍率觀察的TEM照片 86
圖60 在高倍率觀察下,與圖59相同區域的TEM照片 86
圖61 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度150oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 87
圖62 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度200oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 87
圖63 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度250oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 88
圖64 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度300oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 88
圖65 1050鋁的平均差排胞尺寸對變形溫度關係圖 89
圖66 1050鋁的平均差排胞長短軸比對變形溫度關係圖 89
圖67 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度200oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 90
圖68 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下的差排胞尺寸分佈圖 90
圖69 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度150oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 91
圖70 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度200oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 92
圖71 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度250oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 93
圖72 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度300oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 94
圖73 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度150oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 95
圖74 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度200oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 95
圖75 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度250oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 96
圖76 1050鋁在應變率5 10-2s-1,變形溫度300oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 96
圖77 1050鋁在不同應變率下,平均差排牆晶向差對變形溫度關係
圖 97
圖78 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度200oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 98
圖79 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下的差排牆晶向差分佈情形 99
圖80 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度200oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 100
圖81 1050鋁在應變率5 10-4s-1,變形溫度300oC條件下的差排牆晶向差分佈圖 100
圖82 1050鋁在不同變形溫度,應變率5 10-2s-1下,差排胞尺寸分佈經scaling化後,可以得到良好單一的函數來描述 101
圖83 1050鋁在不同變形溫度,應變率5 10-2s-1下,差排牆晶向差分佈經scaling化後,可以得到良好單一的函數來描述 101
圖84 1050鋁在所有變形條件下,差排胞尺寸分佈經scaling化後,可以得到良好單一的函數來描述 102
圖85 1050鋁在所有變形條件下,差排牆晶向差分佈經scaling化後,可以得到良好單一的函數來描述 102
圖86 1050鋁在不同變形溫度,應變率5 10-2s-1下,差排胞尺寸倒數與flow stress關係圖 103
圖87 1050鋁在不同應變率及變形溫度條件下,差排胞尺寸倒數與flow stress關係圖 103
圖88 1050鋁在不同軋延量、不同應變率及不同變形溫度下,差排胞尺寸倒數與flow stress關係圖 104
[1]丁仕旋,中山大學材料科學研究所碩士論文(2003)

[2]林敬量,中山大學材料科學研究所碩士論文(2003)

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