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研究生:楊茲順
研究生(外文):Tzu-shun Yang
論文名稱:ECAE改變初晶相之形貌對Al-7Si-0.35Mg合金微結構及機械性質之影響
指導教授:李勝隆李勝隆引用關係
指導教授(外文):Sheng-Long Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:等通道轉角擠型塑性變形共晶矽富鐵相平均深寬比品質指標
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亞共晶型Al-Si合金之初晶相為初晶鋁、共晶矽和富鐵相。未改良之共晶矽以粗針狀形態出現,添加改良劑後可使粗針狀共晶矽纖維化。含鐵量較高之合金易有富鐵相的生成,包含了棒狀和文字型富鐵相。利用等通道轉角擠型(ECAE)改變其初晶相形貌,將影響合金微結構與機械性質。
實驗設計三種不同Sr、Fe含量之合金,使得其微結構有所差異,分別為粗針狀共晶矽、纖維狀共晶矽和棒狀富鐵相。利用ECAE製程改變其初晶相形貌後施予T6熱處理,並結合光學顯微鏡(OM)、電子微探儀(EPMA)、影像分析、穿透式電子顯微鏡(TEM)、導電度計及掃描式電子顯微鏡(SEM)探討ECAE製程改變初晶相形貌對Al-7Si-0.35Mg合金微結構所造成之變化,進而利用微結構之改變來說明其對機械性質所產生之影響。
實驗結果顯示,利用ECAE製程可以有效改變初晶相形貌,對於未改良之粗針狀共晶矽的粒化效果明顯,使其平均深寬比大幅下降;經改良之纖維狀共晶矽,其形態經ECAE製程後之矽顆粒尺寸變化有限。而棒狀富鐵相於ECAE過程中有顯著的斷裂,富鐵相之平均長度也有所減少。其中粗針狀共晶矽的粒化與棒狀富鐵相的斷裂,以及ECAE製程將孔洞密實的優良特性,皆可有效地減少破裂起始點,使得延性有所提升,進而擴展應力應變曲線獲得較高之強度水平,並且可得到較佳之品質指標。
總目錄
謝誌………………………………………………………………… I
摘要………………………………………………………………… II
總目錄……………………………………………………………... III
圖目錄……………………………………………………………... V
表目錄……………………………………………………………... VII

壹、前言與文獻回顧……………………………………………… 1
1.1 Al-7Si-0.35Mg(A356)合金簡介..………………………. 1
1.2 共晶矽和富鐵相對Al-7Si-0.35Mg合金之影響……… 4
1.3 等通道轉角擠型(Equal Channel Angular Extrusion)….. 5
1.4 研究背景與目的………………………………………... 9
貳、實驗步驟與方法……………………………………………….. 11
2.1 合金配製、等通道轉角擠型與熱處理…...…………….. 12
2.1.1 合金配製………………………………………… 12
2.1.2 等通道轉角擠型(ECAE)………………………... 13
2.1.3 加熱過程………………………………………… 14
2.1.4 熱處理…………………………………………… 15
2.2 微結構分析……………………………………………...
15
2.2.1 金相觀察……………………………………….. 15
2.2.2 電子微探儀分析(EPMA)………………..……… 16
2.2.3 影像分析………………………………………… 16
2.2.4 穿透式電子顯微鏡(TEM)………………………. 17
2.2.4 導電度量測(%IACS)….……………………….... 17
2.2.5 掃描式電子顯微鏡(SEM)…..…………………... 18
2.2.6 拉伸破裂橫截面觀察.…………………………... 18
2.3 機械性質分析………………………………………….. 19
2.3.1 硬度試驗………………………………………... 19
2.3.2 拉伸試驗………………………………………... 19
參、結果與討論…………………………………………………… 20
3.1 微結構分析…………………………………………….. 20
3.1.1 材料巨觀分析….………………………………... 20
3.1.2 各平面顯微組織觀察………...…………………. 21
3.1.3 金相觀察及電子微探儀分析………………….... 24
3.1.4 穿透式電子顯微鏡觀察(TEM).………………… 37
3.1.5 導電度量測(%IACS)……………………………. 38
3.2 機械性質分析………………………………………………... 43
3.2.1 硬度試驗………………………………………… 43
3.2.2 拉伸試驗………………………………………… 47
肆、結論……………………………………………………………. 55
伍、未來研究方向………………………………………………….. 57
陸、參考資料……………………………………………………….. 58
















圖目錄
圖1.1 Al-Si合金相平衡圖………………………………………... 2
圖1.2 等通道轉角擠型模具圖…………………………………… 8
圖1.3 等通道轉角擠型之不同擠製路徑………………………… 8
圖2.1 實驗流程…………………………………………………… 11
圖2.2 等通道轉角擠型之模具系統示意圖……………………… 14
圖2.3 試片取樣示意圖…………………………………………… 17
圖2.4 拉伸試棒規格……………………………………………… 19
圖3.1 經ECAE擠製後之試片外觀………………………………. 20
圖3.2 一次擠製的剪應變圖形與X、Y、Z平面的定義…………. 22
圖3.3 各合金經ECAE五道次各取樣平面之金相顯微組織……. 23
圖3.4 A合金之金相圖(鑄態與A0固溶)…...……………………. 25
圖3.5 A合金之金相圖(擠製五道次與A5固溶)…...……………. 26
圖3.6 A合金之金相圖(鑄態與加熱過程)…………….…………. 27
圖3.7 B合金之金相圖(鑄態與B0固溶)…………………………. 28
圖3.8 B合金之金相圖(擠製五道次與B5固溶)………………… 29
圖3.9 B合金之金相圖(鑄態與加熱過程)…………….………….. 30
圖3.10 C合金之金相圖(鑄態與C0固溶)…………………………. 32
圖3.11 C合金之金相圖(擠製五道次與C5固溶)………………… 33
圖3.12 C合金之金相圖(鑄態與加熱過程)…………….………….. 34
圖3.13 C合金鑄態之SEI及Fe元素之X光影像…………………. 36
圖3.14 C合金擠製五道次之SEI及Fe元素之X光影像…………. 36
圖3.15 A合金之TEM影像圖……………………....……………… 37
圖3.16 A、B、C合金在不同擠製道次下之導電度值……………… 41
圖3.17 A、B、C合金在不同擠製道次下之硬度值………………… 45
圖3.18 經T6熱處理後之拉伸破裂橫截面………………………... 50
圖3.19 A、B、C合金0道次與5道次之應力-應變曲線圖………… 51
圖3.20 經T6熱處理後之拉伸破斷面……………………………... 53




































表目錄
表1.1 常用Al-Si鑄造合金之成份表……………………………... 3
表1.2 常用Al-Si鑄造合金之相對性質…………………………... 3
表2.1 Al-7Si-0.35Mg合金成份…………………………………... 14
表3.1 Route Bc之剪變幾何特性…………………………………. 22
表3.2 A合金之共晶矽在不同狀態下之影像分析……………… 27
表3.3 B合金之共晶矽在不同狀態下之影像分析………………. 30
表3.4 C合金之共晶矽在不同狀態下之影像分析………………. 34
表3.5 C合金之富鐵相在不同狀態下之影像分析………………. 35
表3.6 各合金道次在不同階段之導電度(%IACS) ………………… 42
表3.7 各合金道次不同階段之硬度值(HRF)…………………….. 46
表3.8 各合金道次經T6後之抗拉強度、延伸率及品質指標……. 49
表3.9 矽、鐵形態和ECAE對合金品質指標之變化率…………... 54
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