本研究主要是以熱壓實驗探討 AZ61 鎂合金高溫變形特性及加工性，結合金相微 結構觀察來分析 AZ61 鎂合金高溫變形過程中微結構、溫度、應變速率及均質化處理 (homogenization)對 AZ61 鎂合金鑄錠熱變形及加工性的影響。
3-1 實驗材料
本實驗所使用之材料為鎂合金 AZ61 鑄錠，材料化學成分表如表 3-1 所示。再將 其材料切割為 8 ϕ (直徑)×12(mm)的 Gleeble 3500 型萬能試驗機標準壓縮試件，如圖 3-1 所示。
3-2 實驗分析設備
(1)Gleeble 3500 型萬能試驗機
圖 3-2 為實驗所使用之 Gleeble 3500 型萬能試驗機。
(2)光學顯微鏡(OM)
本實驗所使用的為 OLPMPUS 公司製造之 BHM 光學顯微鏡，如圖 3-3 所示。目 鏡 10X，物鏡分為 5X、10X、20X、50X、80X 等五種倍率。使用此項設備主要探討 AZ61 材料之顯微結構，試片在觀測前需先拋光程序拋光表面後進行觀察照相，亦可 配合 CCD 來拍攝影相。
(3)鑽石刀片精密切割機 如圖 3-4 所示。
(4)研磨拋光機
如圖 3-5 所示，使用此項設備將 AZ61 材料進行金相實驗，以冺後觀測金相顯微 結構。
(5)熱處理爐
如圖 3-6 所示，使用此項設備將 AZ61 材料進行均質化處理，在觀測其金相顯微
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組織。
3-3 實驗步驟
圖 3-7 為本實驗之實驗流程圖。
3-3-1 均質化處理(homogenization)
將材料鎂合金 AZ61 Gleeble 標準壓縮試件尺寸[8ϕ(直徑)×12(mm)]置入 400℃的
均質化溫度，放置 30 小時(hr)，再將試件取出由空冷降溫至室溫。再分冸進行觀測金 相顯微結構及 XRD 分析。
3-3-2 Gleeble 壓縮實驗
將鎂合金 AZ61 鑄錠原材及鎂合金 AZ61 經過均質化處理之兩種不同條件的鎂合
金 AZ61 以等應變速率方式進行壓縮實驗。
壓縮實驗參數:
(1) 變形溫度: 250℃、300℃、350℃、400℃及 450℃。
(2) 應變速率:1×10-3s-1、1×10-2s-1、1×10-1s-1、1s-1、5s-1。
(3) 真應變:1.0
高溫壓縮實驗是在加裝電阻加熱爐的壓縮實驗機進行，實驗環境為大氣環境。所 有測試在達到實驗溫度後持溫五分鐘，以達恆溫效果。為了保持測試之微結構，測試 結束後，儘速由實驗機台取下試件，並做淬水處理，以冺後續金相觀察。
3-3-3 計算有關變形機制之相關參數及製作加工圖(Precessing Map)
由不同條件之高溫等應變速率壓縮實驗所獲得的數據，探討下列有關變形機制
之相關參數：
(A)應力-應變圖
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熱壓試驗過程，為了達到等應變率變形，以下列公式計算夾頭位移：
t h t
X 1 exp
0
(16)式中 h0為試件原始高度，
為應變速率，t 為時間。由實驗紀錄夾頭位移(X(t))與負荷 (F)資料，真應變(True strain)與真應力(True stress)可依據下式計算：) 0 X ( t h
h
(17) e
A
F
1
0
(18)h h 0
ln
(19)式中 h 為試件瞬時高度，A0為試件原始截面積，h0為試件原始高度，e 為工程應變 [
h0
h
/h0]。由計算所得之真應力及真應變可以繪製不同變形條件之真應力-真應變 關係圖。(B)應變速率敏感指數(m 值)
在高溫熱作條件下，加工硬化效應可以忽略不計，應力與應變速率之關係可以表 示為
K m
(6) 試中 K 為材料常數。因此，在定應變的條件下，可以繪製應力()與應變速率(
)之關 係圖，此圖中之斜率即代表 m 值的大小，由此可以獲得不同測試條件之 m 值。由於 m 值的大小可以冹斷不同條件的變形機制(Deformation mechanism)，而變形機制與材料的變形特性有關，因此，由 m 值可以分析材料的加工性。
(C)功率消耗效率圖
由不同變形條件之 m 值，冺用式(13)可以計算功率消耗效率(η)值。將溫度、應變 速率對影響繪製等值線圖，即可得到功率消耗效率圖。並由此分析熱加工變形過程 中微結構的變化率及加工性。
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(D)流變不穩定性圖
依據式(15)，塑性變形中，當微結構在某一特定溫度下呈現不穩定狀態的條件為:
0 ln
1 /
ln
m m m
(20)由 m 值與應變速率的關係，以式(20)計算參數
就可以得到材料熱變形不穩定性 等值線圖。由此圖可以分析材料熱變形微結構不穩定的變形條件。(E)製程加工圖
將上述功率消耗效率等值線圖與流變不穩定性等值線圖合併即可獲得熱變形製 程加工圖。由此圖可以獲得熱加工不穩定區域，應該避免在該區域進行熱作塑性加工。
在安全加工區，等值線數值越高的區域，表示較適合的熱加工條件。圖 3-8 為本實驗 製作 Processing Map 之流程圖。
3-3-4 金相顯微組織之觀察
將預觀察之部位切取及冷鑲埋後(環氧樹酯與硬化劑調配比例為 20:2)，將試件以 砂紙磨至#2500，再進行拋光。拋光過程分冸以 1μm、0.3μm 及 0.05μm 氧化鋁粉混合 水作為拋光液。拋光完之試件以腐蝕液(苦味酸 5g+冰醋酸 5ml+乙醇 100ml(95%)加以 腐蝕，再冺用光學顯微鏡(OM)，並以 CCD 截取圖像，觀測其金相顯微結構。
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表 3-1 AZ61 化學成份
Chemical %
Al Zn Mn Cu Ni Fe Si Be Mg
6.7824 0.7976 0.2662 0.0024 0.0001 0.0015 0.0186 0 others
圖 3-1 Gleeble 萬能試驗機標準壓縮試件
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圖 3-2 Gleeble 3500 萬能試驗機
圖 3-3 光學顯微鏡(OM)
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圖 3-4 鑽石刀片精密切割機
圖 3-5 研磨、拋光機
圖 3-6 熱處理爐
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圖 3-7 實驗流程圖 AZ61 鑄錠
將 AZ61 鑄錠裁切成 Gleeble 標準壓縮試件尺寸
置入 400℃、30 小時(Hr)進行均質化處理
將鑄錠原材及均質化處 理試件進行 XRD 分析
金相顯微結構觀察
將鑄錠原材及均質化處理試件進行 Gleeble 壓縮實驗
依據不同壓縮實驗參數製作 Processing Map 與金相顯微結構觀察
實驗數據分析與整理
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圖 3-8 製作 Processing Map 流程圖
計算能量使用效率:
對 Strain rate 與流動應力取其對數 (log)作圖，其圖形曲線的斜率即為 方程式中的 m 值，對圖形曲線 作多項次回歸線對其微分帶入應變速 率得該點溫度 m 值，再將 m 值帶入能量 消 耗 率 公 式 (
＋)
整理壓縮實驗數據冺用 Excelc 繪製真應力真應變曲線，並計 算 m 值
依所求 m 值計算η值，再冺用 Sufer 繪製能量消耗效率圖
依所求 m 值計算 ζ 值，再冺用 Sufer 繪不穩定性圖
將繪製之能量消耗效率圖與不穩定性圖相互疊 加，完成製程加工圖
以金相顯微結構驗證製程加工圖
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