本研究之實驗主要分為三部份：
1. 觀察不同升溫速率對經過 ECAE 鎂合金材料半固態下顯微組織之 影響。
2. 觀察半固態下不同持溫時間對經過 ECAE 鎂合金材料顯微組織之 影響。
3. 第一部份與第二部份結果比對，找出經過 ECAE 後之鎂合金適用 於半固態成形之升溫速率與持溫參數，進行半固態壓縮實驗。
流程圖如圖 3- 1 所示。以下對實驗步驟及原理作詳細介紹。
3-1 實驗材料
本實驗選用 AZ80 鎂合金材料 AZ 開頭表示為鎂鋁鋅合金，其材 料組成化學成分如表 3-1 所示，其材料性質及機械性質如表 3-2 所示。
AZ80 具備良好之機械強度、潛變抵抗及耐熱性，但其成形性不佳，
商業使用上並不如其它鎂合金廣泛。
而本實驗使用之 AZ80 原素材先經過熱間擠製後再裁切至所需形 狀。一般經過熱間擠製過之材料其顯微結構為具方向性球狀晶粒，可
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所示。
5. 金相觀察相關設備：熱鑲埋機、研磨拋光設備、不同粗細之水磨 砂紙、拋光用氧化鋁粉、腐蝕液(4.5g 苦味酸、10ml 冰醋酸、10ml 蒸餾水、80ml 酒精)、吹風機、搭配影像截取裝置之光學顯微鏡。
3-3 實驗步驟
3-3-1 等徑轉角反覆擠製
1. 材料準備：把 AZ80 裁切成 13mmx13mmx40mm 之尺寸。如圖 3- 5 所示。
2. 六向等徑轉角反覆擠製機器操作，模具示意圖如圖 3 - 3 所示 步驟 1. 設備確認
1.1 確認模具、衝頭、油壓系統、加熱系統無異常。
1.2 把石墨潤滑劑均勻塗在六向反覆擠製模具之通道，並把胚料放入 擠製起始通道(由實驗路徑決定)，並將加熱棒與熱電偶放入模具。
1.3 機台下衝頭前進至底，其它衝頭後退，放入模具並對位。
1.4 下衝頭後退，利用定位螺絲鎖緊模具。
1.5，前進各衝頭至模具對位。
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步驟 2. 設定參數
2.1 開啟控制介面，確認背壓、衝頭速度、總出力等參數。
2.2 設定擠製路徑和停留時間。
2.3 開啟加熱器加熱模具並持溫。
步驟 3. 擠製試片
3.1 持溫結束後，確認路徑參數設定無誤，按下啟動按鈕進行自動擠 製。
3.2 待擠製完成後，關閉加熱器，退出上衝頭並把 Dummy Block 從上 方通道放入。
3.3 退開下衝頭，把上衝頭前進至底，Dummy Block 推動試片從下通 道退出。
3.4 迅速取出試片並放入水桶淬火。
步驟 4. 還原設備
4.1 退開所有衝頭，鬆開定位螺絲，下衝頭前進至底把模具推出。
4.2 關閉機台，清理模具及衝頭，並刮除模具通道內之溢料。
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3-3-2 半固態升溫速率參數實驗
本實驗設備使用高溫高速多段壓縮實驗裝置，如圖 3 - 4 所示。
實驗參數如表 3- 3 所示。
實驗步驟如下：
1. 材料準備：把經過 ECAE 之胚料利用車床加工成直徑 8.0mm、高 6.0mm 圓柱試片，如圖 3- 6 所示。
2. 放入試片，對準衝頭及加熱線圈，固定試片。其中衝頭材質為陶 瓷，在材料加熱過程中並不會受感熱電流影響。
3. 緊閉保護門，打開泵浦抽真空。
4. 觀察壓力計待壓力到達指定範圍，接通外管持續為爐內通入氮 氣。
5. 在電腦設定升溫速率，確認無誤後開始加熱。
6. 等候加熱，加熱至指定溫度後持溫 1 秒。
7. 持溫結束，關閉電源，迅速往試片噴水 10 秒淬火至室溫，即完成 半固態升溫速率實驗。
8. 取出試片，準備金相觀察。
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3-3-3 半固態持溫參數實驗
本實驗設備使用高溫高速多段壓縮實驗裝置，如圖 3 - 4 所示；
實驗參數如表 3- 4 所示。
實驗步驟如下：
1. 材料準備：把經過 ECAE 之胚料利用車床加工成直徑 8.0mm、高 6.0mm 圓柱試片，如圖 3- 6 所示。
2. 放入試片，對準衝頭及加熱線圈，固定試片。
3. 緊閉保護門，打開泵浦抽真空。
4. 觀察壓力計待壓力到達指定範圍，接通外管持續為爐內通入氮 氣。
5. 在電腦設定升溫速率，確認無誤後開始加熱。
6. 等候加熱，加熱至指定溫度後持溫 1 秒。
7. 持溫結束，關閉電源，迅速往試片噴水 10 秒淬火至室溫，即完成 半固態持溫實驗。
8. 取出試片，準備金相觀察。
42 號、240 號、400 號、600 號、1000 號、1500 號、2000 號之砂紙 進行研磨。
3. 拋光：以 1μm 氧化鋁粉為拋光粉，混入於濃度為 80%之酒精中。
打開研磨拋光機電源，把氧化鋁粉溶液噴灑至絨布上，再將試片 置於絨布上進行拋光。
4. 腐蝕：為了觀察鎂合金之顯微結構，需利用適當之腐蝕液把試片 表面腐蝕。本實驗使用之腐蝕液是根據 Metal handbook 中的 Acetic-picral 配方進行調配，其成份為：苦味酸 4.5g、冰醋酸 10ml、
純水 10ml、酒精 80ml。將試片表面浸入腐蝕液後至適當時間取出，
並以清水沖洗，再利用吹風機吹乾表面即可進行觀察。
5. 觀察：利用光學顯微鏡進行觀察，並利用電腦截取影像。
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8. 迅速往試片噴水 10 秒淬火至室溫，即完成半固態壓縮實驗。
9. 取出試片，準備金相觀察。
10. 擷取衝頭行程及負荷數據。
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表 3- 1 合金 AZ80 之材料組成成份
化學成份 （Wt%）
Al Zn Cu Fe Mn Ni Si 其他 AZ80 上限 9.2 0.8 0.05 0 0.35 0 0.1 0.3
下限 7.8 0.2 0.12
表 3- 2 AZ80 材料特性
物理性質 室溫下標準機械性質
密度(20℃) 1.81(Mg/m3) 拉伸強度指標 300~350(MPa) 液相線溫度 595(℃) 拉伸強度 345(MPa) 固相線溫度 425(℃) 拉伸降伏應力 250(MPa) 電氣抵抗率 156(nΩ.m) 壓縮降伏應力 195(MPa) 燃點 542(℃) 剪斷強度 160(MPa) 線膨脹係數 27.2(×10-6/℃) 硬度(HB) 72
比熱 1.08(kJ/kgK) 硬度(HRE) 82 熔解潛熱 280(kj/kg) 硬度(HV) 70 熱傳導率 47.3(W/m.K) 蒲松比 0.35
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圖 3- 1 實驗流程圖
圖 3- 2 連續式六向等徑轉角反覆擠製機具
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圖 3- 3 等徑轉角反覆擠製模具
(a)電腦控制介面
圖 3- 4 高溫高速多段壓縮實驗裝置
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(b)顯示及控制面版
(c)衝頭及線圈示意圖
圖 3- 4 高溫高速多段壓縮實驗裝置(續)
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(d)機台外觀
圖 3- 4 高溫高速多段壓縮實驗裝置(續)
(單位 mm) 圖 3- 5 ECAE 擠製用胚料
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(單位 mm)
圖 3- 6 升溫速率實驗試片
圖 3- 7 壓縮試驗試片
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(單位 mm)
圖 3- 7 壓縮試驗試片(續)
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