新型應變誘發熔融激化製程下Al-Mg-Si合金之微觀組織演變、機械性質以及沖蝕磨耗特性研究

Abstract

半固態製程中之SIMA製程擁有設備成本低、製程穩定且球化率佳的優點，本研究中採用一新型的二階段SIMA製程，省去了冷加工的步驟直接採用熱擠型導入足夠的應變能，並且加熱的方式改用鹽浴，讓材料更均勻受熱及縮短達到欲持溫溫度的時間。6xxx系列Al-Mg-Si合金為本研究所探討的材料，研究之目的為探討對Al-Mg-Si合金施以新型二階段SIMA製程後，Al-Mg-Si合金微觀組織演變與特徵、高溫成形性表現與變形機制、成形後的機械性質與沖蝕磨耗特性，以評估二階段新型SIMA製程之應用性。 微觀組織分析結果顯示，欲透過新型二階段SIMA製程獲得良好的球狀晶材料，必須具有足夠生成液相率的元素以及能夠細化球狀晶的元素，並需要適當的擠型條件，讓起始擠型材具有細小動態再結晶的組織。本研究中最適宜應用於SIMA製程的合金為6066鋁合金，具有足夠的Mg、Si和Cu元素以生成足夠的液相，並含有Mn元素促使球狀晶細化。研究結果證實液相率和球化率呈正相關，而擠型比不明顯影響球化率。此外，於新型SIMA製程中，球狀晶成長機制為Ostwald ripening。 高溫成形方面，本研究證實壓應力適用於SIMA材成形，但拉應力並不適合。高壓縮速率下，SIMA材可以表現出優於完全退火材與擠型材的高溫成形性，壓縮變形阻抗低且金屬材料流動性較佳。研究證實，高液相率的SIMA材壓縮變形阻抗較低，但球狀晶尺寸必須控制，如成長過大則會導致材料的高溫流動性下降。 機械性質的表現上，由於SIMA材中原先聚集於球狀晶晶界的硬脆低熔點第二相於高溫壓縮成形後的不再分佈於球狀晶晶界上，故材料不再呈現沿晶破壞，材料機械性質提高並具有大於20%的延性。而且壓縮成形後的SIMA材於T6人工時效熱處理後，元素均勻分佈並生成析出強化相，強度可顯著提高於420MPa以上，並擁有12%以上的延性，與一般T6材相近。 最後，研究發現，經由SIMA製程所得的硬質球狀晶晶界包覆軟質晶粒的組織，具有高於高硬度的T6材的低角度顆粒沖蝕磨耗阻抗。硬質的球狀晶晶界將成為軟質晶粒於低角度沖蝕時的保護屏障，提高材料低角度耐顆粒磨耗性質。

Date of Award	2016 Aug 18
Original language	Chinese
Supervisor	Truan-Sheng Lui (Supervisor)