2-1 鎂合金簡介
1863 年鎂塊成功地被Devile 與Caron使用氧化還原法製得，使得這種 銀白色輕金屬逐漸受到重視，其結晶結構為六方最密堆積（HCP）。週期
耐衝撞、尺寸安定等特性主要用於汽車或自行車之輕量化結構材料。而比
高溫時，原子的運動變得較容易，回復將很容易進行。回復也是一種材料 軟化的行為，主要是材料內部的異號差排相消或者是差排重新排列形成一 個較低能量的狀態，將過多的儲存能〈stored energy〉釋放出來。
2-2-2 再結晶
當材料內部累積之殘留應變量過大時，初期和緩的回復作用無法有效 抒解差排達到平衡，過多的差排堆積量形成局部應變，而達到臨界應變。
當材料受到的應變值不同而會有不同的再結晶狀態發生。
(1) 動態再結晶(dynamic recrystallization)
動態再結晶係定義為在變形過程中，應變超過一特定值時，所產生的
(2) 介動態再結晶(meta-dynamic recrystallization)
介動態再結晶則係指在變形完成後，當殘留的應變率超過一特定值，
以及殘留的應變超過動態再結晶中的應變值時，會另行新生晶核，而產生 的再結晶稱之。
(3) 靜態再結晶(static recrystallization)
靜態再結晶的成核的驅動力來自於兩相鄰晶粒之應變能差，也就是當晶界
此外，晶粒細化可以抑止雙晶的形成，進而改善延性。鑄造後之鎂合金 晶 粒 大 小 約60μm 時 ， 其 脆 性 - 延 性 轉 移 溫 度 (DBTT ； Ductile-Brittle Transition Temperature)在250℃附近。由此可知，晶粒微細化不僅可改善鎂 合金之機械性能，更可以提高其室溫成形性。
而晶粒細化有許多種方法，如冷滾軋(cold rolling)、抽製(drawing)等傳統 大量變形；等徑轉角擠製(equal channel angular extrusion, ECAE)、循環擠型 (cyclic extrusion)等的大量塑性變形法；或是噴覆成形(spray forming，圖 2-3)、氣相層積法(gas condensation)這種由原子噴覆堆積往上磊晶(bottom up) 之成形技術；對於表層的晶粒細化，有超音速鋼球撞擊(ultrasonic shot peening, USSP，圖 2-4)、離子佈植法(ion implantation，圖 2-5)等技術。本研 究將採用大量塑性變形法進行晶粒細化。
2-4 大量塑性變形法
近幾年，經由大量塑性變形（Severe Plastic Deformation, SPD）方法產 生超細晶粒，一直是材料科學界關注的焦點。Valiev 等人[5]認為一個產生 超細晶粒好的大量塑性變形法應該具備下列三個條件：
1. 可以產生擁有高角度晶界（high angle grain boundaries）的超細晶粒。
這是最重要的一點，因為只有擁有高角度晶界的超細晶粒，材料的性 質才會有定性上的改變。
2. 超細晶粒需均勻的在試體中形成。如此，材料的性質才會較穩定。
一般在文獻中常引起注意的方式如：高壓扭轉變形（High Pressure Torsion，
HPT，圖2-6）[5]、等徑轉角擠製（Equal Channel Angular Extrusion，ECAE，
圖2-7）[5]、往復擠型（reciprocal extrusion）[6]、高擠型比擠型（high extrusion ratio extrusion）[7]、累積滾壓（Accumulative Roll Bonding，ARB，圖2-8）
[8] 、 多 道 次 鍛 壓 （ multi-forging ） [5] 、 反 折 曲 伸 直 強 化 法 （ Repetitive Corrugation and Straightening，RCS）[9]。
以下針對本研究所使用之大量塑性變形法中的等徑轉角擠製(ECAE)進 行介紹：
2-4-1 等徑轉角擠製簡介
Segal在80年代提出ECAE的這個想法[10]。其目的是為了讓棒材（billet）
在經過塑性變形之後，斷面積不會改變。到了 90 年代初期，ECAE 更進 一步的被提出應用在 SPD，用來產生具有次微米晶粒結構（submicron grain）
和奈米晶粒結構（nanometric grain）的金屬材料[5]。
ECAE是利用一個模具（die），有兩個截面相同的孔徑通道，以Φ角度
（route）。不同的加工路徑會得到不同的變形組織。Segal [10]與 Iwahashi 等 人[11]將路徑分為：路徑A（route A）、路徑B（route B）及路徑C（route C）。
Furukawa [12]更進一步把路徑B 細分為路徑BA、路徑BC。各路徑不同的旋
般都要大於一個最低溫才會發生， Mukai 等人[13]指出，欲增加鎂合金晶
到的幾何形狀，如圖2-11 所示。以累積應變的效果來看，文獻[16]中指出， 顯微結構有所改變。因此2000 年 12 月時 Yoshinori Nishida[14]等人提出了 rotary-die 的模具與概念(圖 2-12)進行連續擠製，不需將試片取出模具便能 改變路徑。雖然rotary-die 改善了過去等徑轉角擠製無法連續擠製與需將試 片取出模具等缺點，但此模具只能使用A、C 路徑，文獻中細化效果最好的 BC路徑便無法以此模具進行製備。本研究將使用可進行 BC路徑之等徑轉角 反覆擠製模具(圖 2-13)進行研究。
2-4-5 背壓
等徑轉角擠製製程中有許多參數會影響擠製的結果，如轉角處的外圓
角Ψ、轉角角度Φ、摩擦力、擠製速度、路徑、道次、溫度、背壓等。其 裂縫。Krasilniko[20]等人在室溫下以鋁合金 6061 進行 ECAE 擠製，在無背 壓下第一道次試片便損壞，當施加450MPa 背壓後，試片經過 4 道次的擠製
Krasilniko[20]等人以 Cu 進行測試背壓對於晶粒尺寸的影響，發現增加 400MPa 背壓下，晶粒尺寸由 0.24μm 降至 0.18μm。由此可知增加背壓有助 於晶粒的細化。
表 2- 1 鎂合金的命名方式
表 2- 2 ECAE 擠製路徑與旋轉角度關係[12]
表 2- 3 ECAE 不同路徑與道次之剪應變特性[12]
圖2- 1 動態再結晶過程[3]
圖2- 2 幾何動態再結晶過程[3]
(a) 低應變 (b)高應變所產生之次晶粒
圖2- 3 噴覆成形示意圖
圖2- 4 超音速鋼球撞擊
圖2- 5 離子佈植法
圖2- 6 高壓扭轉示意圖
圖2- 7 等徑轉角擠製示意圖
圖2- 8 累積滾軋示意圖
圖2- 9 等徑轉角擠製之轉角定義
圖2- 10 ECAE 各路徑示意圖[21]
圖2- 11 剪應變特性各軸定義
圖 2- 12 rotary-die 示意圖[14]
圖2- 13 等徑轉角反覆擠製示意圖