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研究生:劉靜雯
研究生(外文):Ching-Wen Liu
論文名稱:利用微小衝壓測試法評估熱處理條件對AZ61鎂合金熱軋延板材於室溫至400℃機械性質之影響
論文名稱(外文):Effect of Heat Treatment Conditions on the Mechanical Properties of Hot Rolled AZ61 Alloy Sheets from Room Temperature to 400℃ by Small Punch Test
指導教授:林宏茂林宏茂引用關係
指導教授(外文):Hung-Mao Lin
學位類別:碩士
校院名稱:遠東科技大學
系所名稱:機械工程研究所 在職專班
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:AZ61鎂合金熱軋延微小衝壓測試固溶化處理退火時效處理
外文關鍵詞:AZ61 Magnesium AlloyHot RollingSmall Punch TestSolution treatmentAnnealingAging
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本研究以AZ61鎂合金擠形材藉由熱軋方式改變軋延率分別為0%、30%、50%及70%,得到不同熱軋延比率板材作為本實驗材料,並於熱軋延後分別進行不同熱處理(410℃-20小時完全退火、450℃-1小時固溶化處理以及140℃、210℃時效處理)作為實驗變數,並利用微小衝壓測試方法評估各試片於室溫至400℃溫區間之機械性質,分別探討其微觀組織變化對AZ61鎂合金微小衝壓特性之影響。
AZ61鎂合金擠形材以及熱軋延後經不同熱處理(完全退火、固溶化處理及140℃、210℃時效處理)試片之室溫微小衝壓測試結果顯示,擠形材、完全退火及固溶化處理試片之極限負荷值均有隨熱軋延率增加而增加之趨勢,而各不同熱軋延率試片經140℃及210℃時效處理之室溫極限負荷值差異不大。此外,未經熱軋延試片(擠型材)與熱軋延率70%分別經140℃及210℃時效處理之試片於不同測試溫度之微小衝壓測試結果顯示,各試片於測試溫度為100℃及200℃時均呈現較高的極限負荷值,但當測試溫度高於200℃以上,各試片極限負荷值卻隨著測試溫度升高而降低。由SEM觀察微小衝壓試片巨觀破壞表面及破壞斷面形貌之結果顯示,均共通顯示呈現靨渦狀表徵。
The study aims to investigate the effect of microstructure evolution on the characteristics of the AZ61 magnesium alloy in the small punch test. Experimental materials are sheets of different thickness reductions, i.e. 0%, 30%, 50% and 70%, obtained by using hot rolling to change the thickness reduction of extruded AZ61 magnesium alloy. Following hot rolling, the sheets undergo different heat treatments as experimental variables. The treatments are full annealing for 20 hours at 410℃, solution treatment for one hour at 450℃, and aging at 140℃and 210℃. Individual specimens also undergo a small punch test in order to evaluate their mechanical properties in the range between the ambient temperature and 400℃.
The results obtained from the small punch test on the extruded AZ60 magnesium alloy and the specimens that have undergone different heat treatments (full annealing, solution treatment and aging at 140℃and 210℃) at the ambient temperature reveal the following. The maximum loads of the extruded alloy and the specimens that have undergone full annealing and solution treatment tend to increase in parallel with the thickness reduction of hot rolling while the different specimens that have undergone aging at 140℃and 210℃ do not show any noticeable difference in maximum loads at the ambient temperature. The results obtained from the small punch test at different testing temperatures on the specimen without hot rolling and the specimens with the 70% thickness reduction that have undergone aging at 140℃and 210℃ reveal the following. All the specimens have higher maximum loads at the testing temperatures of 100℃and 200℃. The maximum loads of individual specimens reduce following the increase in the testing temperature when the testing temperature exceeds 200℃. The macro-fractography and fracture features of the small punched specimens as observed with SEM further reveal that the dimple fracture features on room temperature and different test temperature specimens.
目  錄
誌  謝 I
摘  要 II
Abstract III
目  錄 V
表 目 錄 VIII
圖 目 錄 IX
第一章 前言 1
第二章 理論文獻 3
2-1 合金元素對鎂合金的影響 3
2-1-1 AZ61添加合金元素的影響 3
2-1-2 鋅元素的影響 3
2-2 AZ61鎂合金熱處理條件控制對機械性質之影響 4
2-2-1 固溶處理(Solution treatment) 4
2-2-2 時效處理(Aging treatment) 4
2-3 鎂合金之變形行為 5
2-3-1 溫度效應 5
2-3-2 動態再結晶 6
2-3-3 晶界滑移 6
2-4 微小衝壓試驗 7
2-4-1 微小衝壓試驗技術簡介 7
2-4-2 微小衝壓測試參數說明 9
第三章 實驗方法 18
3-1鎂合金的材料組成 18
3-2擠形材和不同熱軋延率試片之準備 18
3-3 實驗步驟 18
3-3-1 固溶處理 18
3-3-2 完全退火 19
3-3-3 時效處理 19
3-4微硬度測試 19
3-5 試片準備 19
3-6 Small Punch實驗 20
3-7微觀組織觀察 20
3-7-1金相觀察 20
3-7-2微小衝壓破斷面觀察 20
第四章 實驗結果 27
4-1 熱軋延率變化對AZ61擠形材、完全退火及固溶化處理後之室溫微小衝壓性質探討 27
4-1-1 微觀組織觀察 27
4-1-2 硬度值及室溫微小衝壓L-D曲線解析 27
4-1-3 室溫衝擊極限負荷與熱軋延率之關係 28
4-1-4 微小衝壓破斷區域巨觀觀察及破斷面分析 28
4-2 AZ61擠形板材經不同熱處理條件後室溫至400℃微小衝壓特性探討 29
4-2-1 不同測試溫度對微小衝壓L-D曲線及極限負荷之影響 29
4-2-2 微小衝壓測試破壞表面及破斷面觀察 29
4-3 時效溫度對不同熱軋延率AZ61板材室溫微小衝壓性質之影響 31
4-3-1 微觀組織觀察 31
4-3-2 時效溫度對硬度值及室溫微小衝壓性質之影響 31
4-3-3 微小衝壓後破斷表面及破斷面觀察 32
4-4 時效溫度140℃及210℃之70%熱軋延率AZ61板材微小衝壓性質與測試溫度依存性探討 32
4-4-1 不同測試溫度對微小衝壓L-D曲線及極限負荷之影響 32
4-4-2 微小衝壓測試破壞表面及破斷面觀察 33
第五章 結論 82
參考文獻 83
自  述 88


表 目 錄
表3-1 表實驗鎂合金AZ61之化學組成 21
表3-2 不同熱軋延率試片之厚度變化量 22


圖 目 錄
圖2-1 Mg-Al 合金之二元相圖[13]。 11
圖2-2 析出物成長過程中,顆粒大小消長的趨勢[36]。 12
圖2-3 晶界滑移與差排滑移差異(a)原始晶粒、(b)差排滑移及(c)晶界滑移。 13
圖2-4 微小衝壓試驗之模具示意圖[32]。 14
圖2-5 典型微小衝壓測試及負載-位移曲線示意圖[34,35]。 15
圖2-6 典型微小衝壓負載-位移曲線[32]。 16
圖2-7 不同研究者試驗裝置的區別[34,35]。 17
圖3-1 實驗流程圖。 23
圖3-2 A61鎂合金擠形材金相組織。 24
圖3-3 Small punch 性能測試裝置圖。 25
圖3-4 負載-位移曲線與極限衝壓負荷。 26
圖4-1 AZ61鎂合金擠形材經熱軋延後之不同軋延率試片金相組織:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 34
圖4-2 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 410℃-20小時完全退火之金相組織:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 35
圖4-3 不同熱軋延率AZ61鎂合金經450℃-1小時固溶化處理之金相組織:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 36
圖4-4 AZ61鎂合金(擠形材、完全退火及固溶化處理)之XRD圖。 37
圖4-5 AZ61鎂合金(擠形材、完全退火及固溶化處理)之不同熱軋延率與晶粒尺寸變化之關係。 38
圖4-6 AZ61鎂合金(擠形材、完全退火及固溶化處理)之不同熱軋延率與硬度值之關係。 39
圖4-7 不同熱軋延率AZ61鎂合金於各種熱處理條件下之室溫微小衝壓測試L-D曲線:(a)擠形材;(b)完全退火;(c)固溶化處理。 40
圖4-8 AZ61鎂合金(擠形材、完全退火及固溶化處理)之不同熱軋延率與極限衝壓負荷之關係。 41
圖4-9 AZ61鎂合金擠形材經熱軋延後之不同軋延率試片室溫微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 42
圖4-10 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 410℃-20小時完全退火之室溫微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 43
圖4-11 不同熱軋延率AZ61鎂合金經450℃-1小時固溶化處理之室溫微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察::(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 44
圖4-12 AZ61鎂合金擠形材經熱軋延後之不同軋延率試片室溫微小衝壓破斷面SEM觀察:(a)0%;(b)30%;(c)50%及(d)70%。 45
圖4-13 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 410℃-20小時完全退火之室溫微小衝壓破斷面SEM觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 46
圖4-14 不同熱軋延率AZ61鎂合金經450℃-1小時固溶化處理之室溫微小衝壓破斷面SEM觀察:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 47
圖4-15未經熱軋延AZ61鎂合金板材於各種熱處理條件下之室溫微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a)擠形材;(b)完全退火;(c)固溶化處理。 48
圖4-16 AZ61擠形板材經不同熱處理條件後室溫至400℃微小衝壓之L-D曲線: (a) 擠形材 (b) 完全退火 (c)固溶化處理。 49
圖4-17 AZ61擠形板材經不同熱處理條件後微小衝壓極限負荷與測試溫度之依存性。 50
圖4-18 AZ61擠形板材於不同測試溫度之微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 51
圖4-19 AZ61鎂合金擠形板材經410℃-20小時完全退火後於不同測試溫度之微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 52
圖4-20 AZ61鎂合金擠形板材經450℃-1小時固溶化處理後於不同測試溫度之微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 53
圖4-21 AZ61鎂合金擠形板材於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面SEM觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 54
圖4-22 AZ61鎂合金擠形板材經410℃-20小時完全退火後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面SEM觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 55
圖4-23 AZ61鎂合金擠形板材經450℃-1小時固溶化處理後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面SEM觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 56
圖4-24 AZ61鎂合金擠形板材於不同測試溫度下微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 57
圖4-25 AZ61鎂合金擠形板材經410℃-20小時完全退火後於不同測試溫度下微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 58
圖4-26 AZ61鎂合金擠形板材經450℃-1小時固溶化處理後於不同測試溫度下微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 59
圖4-27 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 140℃時效處理之SEM微觀組織:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 60
圖4-28 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 210℃時效處理之SEM微觀組織:(a)0%;(b)30%;(c)50%;(d)70%。 61
圖4-29 AZ61鎂合金(140℃及210℃時效處理)之XRD圖。 62
圖4-30 AZ61鎂合金(140℃及210℃時效處理)之不同熱軋延率與硬度值之關係。 63
圖4-31 各種熱軋延率AZ61鎂合金板材經不同溫度時效處理後之室溫微小衝壓L-D曲線:(a) 140℃及(b)210℃。 64
圖4-32 不同熱軋延率AZ61鎂合金板材經140℃及210℃時效處理後之熱軋延率變化與極限衝壓負荷之關係。 65
圖4-33 不同熱軋延率AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後之室溫微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 66
圖4-34 不同熱軋延率AZ61鎂合金板材經210℃時效處理後之室溫微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 67
圖4-35 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 140℃時效處理後之室溫微小衝壓破斷面SEM觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 68
圖4-36 不同熱軋延率AZ61鎂合金經 210℃時效處理後之室溫微小衝壓破斷面SEM觀察:(a) 0% ;(b) 30%; (c) 50% ;(d) 70%。 69
圖4-37 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經不同時效溫度熱處理後,微小衝壓破斷面之次表面微觀組織: (a) 140℃及(b) 210℃。 70
圖4-38 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經不同時效溫度熱處理後室溫至400℃微小衝壓測試之L-D曲線: (a) 140℃及(b) 210℃。 71
圖4-39 軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃及210℃時效處理後於不同測試溫度下微小衝壓測試之L-D曲線:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃ 72
圖4-40 軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃及210℃時效處理後微小衝壓極限負荷與測試溫度之依存性。 73
圖4-41 軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理於不同測試溫度之微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 74
圖4-42 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經210℃時效處理於不同測試溫度之微小衝壓破壞表面SEM巨觀觀察:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 75
圖4-43 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面SEM觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 76
圖4-44 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經210℃時效處理後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面SEM觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 77
圖4-45 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面之次表面SEM巨觀觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。(未經腐蝕) 78
圖4-46 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後於不同測試溫度下,微小衝壓破斷面之次表面SEM巨觀觀察: (a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。(未經腐蝕) 79
圖4-47 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後於不同測試溫度下微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 80
圖4-48 熱軋延率70%-AZ61鎂合金板材經140℃時效處理後於不同測試溫度下微小衝壓破斷面之次表面微觀組織:(a) 100℃;(b) 200℃;(c) 300℃;(d) 400℃。 81
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5. 鑄鐵電極及加工參數對SCM440合金鋼表面放電合金化層之微結構及腐蝕特性研究
6. 沃斯回火熱處理對球墨鑄鐵表面含固溶強化與碳化物促進元素放電合金化層之微結構與表面性能影響研究
7. 鈦合金微小衝壓機械性質探討
8. 離子氮化對金屬粉末射出成型AISI 440C不銹鋼氮化層及基材的微結構與磨耗行為之影響研究
9. 氮化與氮氧化處理對球墨鑄鐵表面放電合金化層微觀組織特性及腐蝕行為之影響探討
10. 超深冷處理對球墨鑄鐵表面轉移式電漿電弧被覆高鉻鑄鐵鍍層微觀組織特性及腐蝕行為之影響探討
11. 氮氧化處理對球墨鑄鐵及中碳鋼表面轉移式電漿電弧被覆AISI M41 高速鋼鍍層微觀組織特性及腐蝕行為之影響探討
12. 球墨鑄鐵表面之含鋯碳化物放電合金化層微觀組織及腐蝕特性探討
13. 以Nd:YAG雷射重熔球墨鑄鐵表面放電合金化層之腐蝕特性及磨耗行為探討
14. 退火熱處理對2017鋁合金再加工成形性之影響
15. 應用CAE探討澆口形狀對IMD製程特性之影響