第一章 序論
1-1 研究背景
近年來，全球環保意識抬頭，節能減碳已經成為現今社會很重要的課 題之一，而隨著全球經濟不斷的發展，飛機、船舶、汽機車、民生用品及 3C 產品的使用量與日俱增，因此開始使用輕金屬來設計製造產品，而輕金 屬的優點有高度的回收性及能製造輕量化的產品，這樣不只能達到節能減 碳的訴求，也能對保護地球盡一份心力。
現今使用的輕金屬主要為鋁 Al，比重約 2.7、鎂 Mg，比重約 1.74、鈦 Ti，比重約 4.5；而鎂合金有質輕、美觀、防電子波干擾、耐磨性佳、比強 度高等優點。輕金屬在工業上已有應用於 3C 產品的外殼及交通運輸工具的 零件上，雖然鎂合金具有許多的優點，但在其應用上還是遠遠不及鋁合金，
其原因是因為鎂合金的結晶構造為六方最密堆積(Hexangonal Closed Packed，
HCP)，導致在室溫下成形性不佳，而且鎂的化學活性很高，在高溫時容易 燃燒，在大氣裡將鎂升溫至熔點附近，溫度約 650℃，就會直接產生燃燒的 現象，所以將鎂合金用於半固態成形加工上，必須將加熱空間抽真空或填 入保護氣體防止鎂合金燃燒，本研究由於現階段設備上的限制，實驗用的 材料將使用一樣是輕金屬的鋁合金代替。
鋁比重約 2.7，是為鋼鐵材料的三分之一，熔點約為 660℃，結晶構造
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為面心立方體(Face Centered Cubic，FCC)，其熱傳導度約為軟鋼的 3.5 倍，
熱膨脹係數約為軟鋼的 2 倍，而鋁的優點有加工容易、美觀、無毒、質輕、
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再進行擠製，使材料的晶粒排列具有方向性，再對其材料進行冷加工，此 時材料內部的結晶組織就會較原素材更為細化且接近球狀晶粒。後來也有 學者提出大量塑性變形法(Severe Plastic Deformation，SPD)[2]，此方法比 SIMA 能獲得更好的晶粒細化效果，且製作出來的成品也能獲得較佳的機械 性質。而大量塑性變形法是反覆的給予材料大量的應變累積，使材料的晶 粒有細化的效果。等徑轉角擠製法(Equal Channel Angular Extrusion，ECAE) 就屬大量塑性變形法中的其中一種，其特點是可反覆擠製、擠製完材料其 截面積固定、壓力及應變的均勻性極高、也可藉由不同的擠製路徑來改變 應變分佈等。讓材料產生大量的塑性變形，將其材料的內部晶粒細化。因 此實驗半固態成形用之胚料部分我們將使用 ECAE 的方式來製備，並使用 此胚料進行半固態成形加工。
1-2 研究動機與目的
半固態成形主要劃分為兩階段，第一階段為將試片升溫至半固態使其 具有非樹枝狀的球狀晶粒；第二階段為將試片至於半固態溫度下進行成形 加工。
半固態成形試片需要有以下顯微結構之特點：1.良好球狀化之晶粒。
2.晶粒尺寸、固液相分佈均勻。3.較小的固相晶粒。
影響半固態成形試片之顯微結構最主要的因素是溫度與時間。溫度越
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灣有壓縮實驗設備上的不足，所以壓縮試驗的部分還是使用日本的設備來 進行實驗。
本實驗材料會選擇使用鋁合金的原因是由於本實驗室之設備並無法抽 真空或填入保護氣體，而鎂的化學活性很高，所以鎂加熱至高溫時容易有 燃燒的現象，在這種情況下，是無法使用 AZ80 鎂合金進行實驗的，而另一 原因是覺得鋁合金與鎂合金在半固態溫度下的顯微組織之特性很類似，不 會產生許多複雜的相，所以最後選擇了強度高，耐腐蝕性較佳的 6061-T6 鋁合金作為實驗用材料。
本研究希望透過以下實驗方法，根據 AZ80 鎂合金實驗結果，以 6061 鋁合 金為實驗材料，試以比較是否會發生相同的現象，以及找出 6061 鋁合金半 固態下的變形特性及顯微組織之變化。
半固態持溫時間參數顯微組織觀察及壓縮試驗
1. 將原素材及 ECAE 鋁合金試片升溫至半固態溫度下進行持溫，在以不 同的持溫時間參數進行壓縮試驗，找出與 AZ80 鎂合金有不同結果發 生的現象。
2. 將 ECAE 試片裁切成前段與後段，用以比較兩者的顯微組織是否有差 異且觀察在壓縮試驗時是否會因為前段與後段不同，而導致有兩極化 的結果產生，其結果有可能為前段壓縮結果皆是有完整外形的試片，
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而後段壓縮結果則皆是碎裂的情形，反之，則結果對調。
3. 將原素材及 ECAE 鋁合金試片升溫至半固態溫度下進行持溫，在以不 同的持溫時間參數觀察顯微組織變化之情形，主要觀察試片的平均粒 徑及形狀因子，更進一步地判斷先前推測形狀因子的高低有較大影響 的原因是否正確。
4. 以日本持溫實驗與台灣持溫實驗顯微組織觀察結果作比較，驗證台灣 高週波感應加熱設備是否為可行的。
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