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研究生:吳逸偉
研究生(外文):I-Wei Wu
論文名稱:商用純鋁經平面應變產生35%厚度縮減量之溫加工變形組織
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:2005
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:153
中文關鍵詞:平面應變壓縮溫加工變形組織晶向差
外文關鍵詞:MisorientationWarm-worked Deformation StructurePlane Strain Compression (PSC)
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本論文所研究的材料為1050商用純鋁,目的乃在於探討經平面應變加工法產生35%厚度縮減量之溫加工變形組織。實驗條件是變形溫度從100oC到300oC,應變率為5 10-2sec-1 及5 10-4sec-1 。實驗主要是利用穿透式電子顯微鏡來研究微觀組織,進一步取得變形組織之各項量化微結構參數。
本論文的結論主要有三項: (1) 和實驗條件為厚度縮減量在50%以上之同類型研究 (即丁仕旋、林敬量、林明毅、陳俊銘[1-4] 研究)比起來,本實驗因軋延量較低,因而造成試片內孤立存在的游離差排數量太多,導致所量得的實驗數據不同於理論預期,此乃本研究與同類型純鋁研究最大不同處。(2) 和上述同類型研究所觀察到的現象相似,本實驗量得的微組織參數分佈,在進行scaling化後,一樣能找到可以用來良好fitting的單一函數,這是本研究與同類型研究最相似之處。(3) 本論文能夠解釋一些之前未能解釋之材料現象(包括scaling現象),此乃本論文最特殊之處。
在本論文的陳述中包含了許多抽象物理學概念的描述,這些概念對以物理為背景的人是非常容易,因此對他們來說本論文中關於物理觀念的陳述的確過於冗長且囉嗦,但因本論文是一篇材料科學論文,未來許多閱讀到本篇論文的人很可能並非是以物理為背景,故本人還是必須將這些看似簡單的物理觀念摘要於論文當中。
目錄 頁次
本篇論文脈絡解說與導讀 1
壹 前言 26
貳 文獻回顧 27
2-1冷軋鋁的微結構演化 27
2-1-1 微結構演化的原則 27
2-1-2 冷軋鋁的微結構演化 29
2-2 冷軋銅的微結構演化 34
2-3 冷軋鎳的微結構演化 36
2-4 鋁經溫加工後之微結構演化 38
2-4-1 50%厚度縮減量之微結構演化 38
2-4-2 65%厚度縮減量之微結構演化 41
2-4-3 75%厚度縮減量之微結構演化 43
參 研究目的 46
肆 實驗方法 47
4-1 材料的準備 47
4-2 平面應變加工法 47
4-3 TEM試片製作 48
4-4 光學顯微鏡試片製作 48
4-5 差排胞尺寸與長短軸比的計算 48
4-6 差排牆晶向差角度的量測 49
4-7 GNBs和IDBs佔總差排牆數比例之計算 50
4-8 scaling化的過程 50
伍 實驗結果 52
5-1 光學顯微鏡的觀察 52
5-2 穿透式電子顯微鏡的觀察 52
5-2-1 微結構的形貌         52
5-2-2 平均差排胞尺寸與長短軸比 53
5-2-3 差排牆晶向差量測的結果 54
5-3 差排牆晶向差分佈與差排胞尺寸分佈scaling的結果 55
5-3-1 使用Hughes等人提出的函數 56
5-3-2 使用丁仕旋建議的函數 ln(y)=a+bx+c/(x)0.5 57
5-3-3 兩種不同fitting函數之間的比較 58
5-4 實驗結果之總結與歸納 59
陸 討論 65
6-1 前言 65
6-2 關於變形條件為應變率 /sec的討論 66
6-3 關於變形條件為應變率 /sec的討論 68
6-4 關於微觀組織參數scaling的討論 69
6-5 總結討論 70
柒 結論 73
捌 參考文獻 76

表目錄 頁次
表一 1050商用純鋁成份表 78
表二 丁仕旋與林敬量兩人以TEM觀察經平面應變加工產生50%厚度縮減量後的1050試片,並取得相關的微結構資訊,之後用電腦分析這些微結構資訊以得到定量化參數 79
表三 陳俊銘與林明毅兩人以TEM觀察經平面應變加工產生65%和75%厚度縮減量後的1050試片,並取得相關的微結構資訊,之後用電腦分析這些微結構資訊以得到定量化參數 80
表四 本實驗以TEM觀察經平面應變加工產生35%厚度縮減量後的1050鋁試片,並取得相關的微結構資訊,之後用電腦分析這些微結構資訊以得到定量化參數 81

圖目錄 頁次
圖1 在穿透式電子顯微鏡(TEM)下觀察到的棋盤式結構 82
圖2 MB1s的形態示意圖 82
圖3 鋁合金變形後CBs、DDWs、MBs、LBs與cells微結構示意圖
(a)低應變量時(b)高應變量時 83
圖4 冷軋鋁之30%~90%軋延量的手繪微結構示意圖 84
圖5 經過冷軋後的AA 1200純鋁,可發現GNBs與IDBs兩側晶向差與應變量之間呈指數關係 85
圖6 鎳的GNBs與IDBs微結構示意圖 85
圖7 鎳的bamboo structure與次晶粒微結構示意圖 86
圖8 平面應變熱軋加工法,試樣軋延前後剖面圖 86
圖9 試件經平面應變加工後的外觀及幾何方向示意圖 87
圖10 如何利用Kikuchi pattern計算該晶粒方向的說明圖 87
圖11 在變形溫度300oC,應變率 s-1,經過35%軋延量之後的試塊上,沿著ND-LD方向上切取試片,証明試件中央大部分為良好變形均勻的光學顯微鏡照片 88
圖12 在變形溫度100oC,應變率 s-1,經過35%軋延量之後的試塊上,沿著ND-LD方向上切取試片,証明試件中央大部分為良好變形均勻的光學顯微鏡照片 88

圖13 應變率 sec-1、變形溫度為100oC時之TEM照片 89
圖14 應變率 sec-1、變形溫度為150oC時之TEM照片 90
圖15 應變率 sec-1、變形溫度為200oC時之TEM照片 91
圖16 應變率 sec-1、變形溫度為250oC時之TEM照片 92
圖17 應變率 sec-1、變形溫度為300oC時之TEM照片 93
圖18 應變率 sec-1、變形溫度為100oC時之TEM照片 94
圖19 應變率 sec-1、變形溫度為150oC時之TEM照片 95
圖20 應變率 sec-1、變形溫度為200oC時之TEM照片 96
圖21 應變率 sec-1、變形溫度為250oC時之TEM照片 97
圖22 應變率 sec-1、變形溫度為300oC時之TEM照片 98
圖23 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖 99
圖24 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排牆晶向 差分佈對照手繪圖 100
圖25 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖 101
圖26 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖 102
圖27 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖 103
圖28 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖。 104
圖29 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖。 105
圖30 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖。 106
圖31 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖。 107
圖32 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排牆晶向差分佈對照手繪圖。 108
圖33 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                109
圖34 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        109
圖35 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        110
圖36 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        110
圖37 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        111
圖38 應變率為 sec-1,變形溫度100oC至300oC為條件下的平均差排胞尺寸趨勢圖                   111
圖39 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        112
圖40 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        112
圖41 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        113
圖42 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        113
圖43 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排胞尺寸分佈圖。                        114
圖44 應變率為 sec-1,變形溫度100oC至300oC為條件下的平均差排胞尺寸趨勢圖                    114
圖45 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較兩種不同應變率之平均差排胞尺寸趨勢圖。                    115
圖46 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        116
圖47 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        116
圖48 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        117
圖49 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        117
圖50 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        118
圖51 應變率為 sec-1,變形溫度100oC至300oC為條件下的平均差排牆晶向差趨勢圖。                   118
圖52 應變率 sec-1、變形溫度100oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        119
圖53 應變率 sec-1、變形溫度150oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        119
圖54 應變率 sec-1、變形溫度200oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        120
圖55 應變率 sec-1、變形溫度250oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        120
圖56 應變率 sec-1、變形溫度300oC為條件下的差排牆晶向差分佈情形。                        121
圖57 應變率為 sec-1,變形溫度100oC至300oC為條件下的平均差排牆晶向差趨勢圖。                   121
圖58 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較兩種不同應變率之平均差排牆晶向差趨勢圖。               122
圖59 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較在兩種不同應變率下,GNB佔總差排牆之百分比變化圖。           122
圖60 當應變率為5 10-2sec-1 ,變形溫度從100oC至300oC之平均GNB與平均IDB晶向差趨勢圖。               123
圖61 當應變率為5 10-4sec-1 ,變形溫度從100oC至300oC之平均GNB與平均IDB晶向差趨勢圖。               123
圖62 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較兩種不同應變率下之平均IDB晶向差趨勢圖                    124
圖63 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較兩種不同應變率下之平均GNB晶向差趨勢圖                    124
圖64 變形溫度從100oC至300oC,比較兩種不同應變率下之差排牆
兩側晶向差大於3度之百分比。               125
圖65 變形溫度從100oC至300oC,比較兩種不同應變率下之差排牆兩側晶向差大於5度之百分比               125
圖66 應變率為5 10-2sec-1 ,變形溫度從100oC至300oC之平均差排胞長短軸比趨勢圖。               126
圖67 應變率為5 10-4sec-1 ,變形溫度從100oC至300oC之平均差排胞長短軸比趨勢圖                    126
圖68 變形溫度從100oC至300oC,綜合比較兩種不同應變率下之平
均差排胞長短軸比趨勢圖。               127
圖69 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其差排胞尺寸分佈經scaling後,可得很好的單一函數來描述    128
圖70 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其差排胞尺寸分佈經scaling後,可得很好的單一函數來描述 128
圖71 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其差排牆晶向差分佈經scaling後,可得很好的單一函數來描述 129
圖72 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其差排牆晶向差分佈經scaling後,可得很好的單一函數來描述 129
圖73 不論應變率快慢,將所有變形溫度條件下的差排胞尺寸分佈進行scaling化後也可得到良好的單一函數。      130
圖74 不論應變率快慢,將所有變形溫度條件下的差排牆晶向差分佈進行scaling化後也可得到良好的單一函數。      130
圖75 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形,其差排胞尺寸分佈經scaling後,也可用另一函數來良好描述      131
圖76 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形,其差排胞尺寸分佈經scaling後,也可用另一函數來良好描述      131
圖77 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其
差排牆晶向差分佈經scaling後,也可用另一函數來良好描述 132
圖78 1050鋁在不同溫度以應變率 sec-1作35%軋延變形後,其差排牆晶向差分佈經scaling後,也可用另一函數來良好描述   132
圖79 不論應變率快慢,將所有變形溫度條件下的差排胞尺寸分佈一起進行scaling化後,也可用另一函數來良好描述     133
圖80 不論應變率快慢,將所有變形溫度條件下的差排牆晶向差分佈一起進行scaling化後,也可用另一函數來良好描      133
參考文獻

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[2]林敬量,中山大學材料科學研究所碩士論文(2003)
[3]陳俊銘,中山大學材料科學研究所碩士論文(2004)
[4]林明毅,中山大學材料科學研究所碩士論文(2004)
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