熔融區破斷面 SEM 觀察

圖4-23 (a~d)分別顯示為M6、M7B、M7E、M9H4四種含鈧鋁合 金之熔融區熱裂縫破斷面之自由表面組織，與前一章節高強度鋁合金 熱裂特性探討及根據Matsuda研究指出結果一致，銲接金屬熱裂在外 觀上可分為三個明顯區域，樹枝狀區(D區)、樹枝-平滑轉換區(D-F區) 與平滑區(F區)，樹枝狀區在裂縫產生時，其溫度最高，裂縫在裂開 時，裂縫沿著樹枝(Dendrite)組織表面進行，故呈現非常明顯的樹枝 結構；D-F區，溫度較D區低，故二次樹枝狀結構有一些被已被金屬 液體填滿，因此當再受到外加之應變而裂開時，此區仍呈現樹枝結構 外亦呈現一些平滑區，並再依據晶界液相比率變化與晶界延性變化情 形而論，D區與D-F區晶界完全為液相，固相之間無連橋產生，故此 時金屬的延性非常差。F區，位於裂縫之最尾部區域，當凝固過程溫 度下降，固相連橋已產生並隨溫度下降固相連橋比率增大，而，裂縫 發生時，此處溫度最低，因為固相連橋作用，使二次樹枝狀結構之間 已完全被金屬液體填滿並已凝固，金屬延性增加，故在裂縫裂開時，

只呈現樹枝狀被填滿之平滑狀態。

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圖 4-23 熔融區熱裂縫破斷表面組織 SEM 觀察 (a) M6；(b) M7B；(c) M7E；(d)M9H4

4.2.6 熱影響區破斷面 SEM 觀察

圖4-24 (a~d) 分別顯示為M6、M7B、M7E、M9H4四種含鈧鋁合 金之熱影響區破斷面之自由表面組織，與圖4-23的凝固熱裂機制相較 有明顯地差異，均呈現沿晶之脆性破壞現象，在整個 裂縫斷面中都是 晶粒的界面，在晶界間仍可依析看出微裂紋的存在，另在靠近熔池附 近亦可明顯看出各晶粒的界面不會十分尖銳且在各晶粒間存有一些 圓滑的小洞，此區域因受不同之熱循環作用後，晶粒粗大化與微區域 產生熔化現象，造成強度甚低且無法承受因溫度下降所產生的收縮應 力，進而就形成了液化裂縫。再依據Hemsworth, Boniszewsky與Easton 等人研究指出，熱影響區裂縫主要為液化熱裂縫(Liquation cracking) 與延性降低熱裂縫(Ductility-dip cracking) ，透過掃描式電子顯微鏡分 析結果顯示，本實驗之四種金屬材料都屬於液化熱裂，而熱影響區的

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液化熱裂有二種情況:一為熱影響區之晶界有偏析之合金或雜質成份 進而降低該處的熔點，在銲接過程中生成液化膜；二為純粹由晶界的 液化，因為晶界在材料的凝固過程中是最後凝固的，因此該處的熔點 溫度最低，在銲接過程中，熱影響區之部分熔融區的部份晶界將會熔 化。

圖 4-24 熱影響區熱裂縫破斷表面組織 SEM 觀察 (a) M6；(b) M7B；(c) M7E；(d)M9H4

4.2.7 部份熔融區 EDS 分析

本研究針對M6、M7B、M7E、M9H4四種含鈧鋁合金在銲接金屬 熱影響區(W.M.HAZ)之部分熔融區(PMZ)進行EDS分析，透過不同熱 循環歷程，以Spot mapping方式橫跨PMZ處之晶界掃描，以M6含鈧鋁 合金為例，如圖4-25(a, b)顯示。圖4-25(a)顯示部份熔融區之組織結 構，箭頭所指處為放大後EDS取樣分析範圍。圖4-25(b)顯示由A至B

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橫跨兩晶粒間，沿著AB路徑擷取銅成份之Spot mapping情形。再透過 圖4-26(a~b)結果顯示，M6與M9H4二種合金金屬在晶界附近均有Cu 偏析的現象，其中在一次熱循環時，Cu在晶界的含量分別為M6- 9.07wt%；M9H4- 3.28 wt%；二次熱循環時，在晶界的Cu含量較一次 熱循環增加，分別為M6- 11.47 wt%；M9H4- 8.31 wt%，三次熱循環 時 ， 在 晶 界 的 Cu 含 量 部 分 又 較 二 次 熱 循 環 增 加 ， 分 別 為 M6- 14.49wt%；M9H4- 35.68wt%。經歷不同熱循環次數後，在晶界附近 的Cu含量隨熱循環次數增加而增大，與母材具備之Cu含量M6- 1.06 wt%；M9H4- 2.09 wt%相較，在晶界處Cu含量提升相當大，顯示此二 種合金在部份熔融區均有相當嚴重的Cu偏析情形。且隨著熱循環次 數增加Cu在晶界處偏析量隨之增加。由於Cu在晶界的偏析使晶界附 近Cu成份越靠近Al-Cu合金之共晶成份(33.2 wt% Cu)，如圖2-2所示。

當在晶界附近的Cu含量越高易造成晶界熔點降低，使得M6與M9H4 M7B-1.46 wt %Mg、6.37wt %Zn；M7E-1.7 wt %Mg、5.96wt %Zn；

M9H4-1.75 wt %Mg、8.74wt %Zn，透過多重熱循環後，在晶界附近 的Mg、Zn溶質元素分佈，如圖4-27、4-28所示。在Zn元素分佈方面，

歷經三種不同熱循環，如圖4-27(a~c)顯示，與原材成份相較有上升約 M7B-1.25 wt %Zn、M7E-0.41 wt %Zn、M9H4-0.65 wt % Zn，顯示在 部份熔融區晶界處在受熱循環歷程影響Zn元素含量增加。並從EDS分 析結果瞭解，在晶界並無特別突出的含量，惟M9H4在經歷二、三熱

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循環歷程在Zn含量有明顯增加，顯示Zn元素是在晶粒內其含量提 升，與Mg元素在基地內相互結合形成MgZn₂相的結果，總體瞭解Zn元 素在M7B、M7E、M9H4含鈧鋁合金內受熱循環歷程影響平均含量為 M7B-7.62 wt %Zn、M7E-6.37 wt %Zn、M9H4-7.94 wt %Zn。在Mg元 素分佈方面，歷經三種不同熱循環，如圖4-28(a~c)顯示，整體雖有微 幅波動但可看出並無太大差異，且平均約為M7B-1.97 wt %Mg、

M7E-1.74 wt %Mg、M9H4-1.23 wt %Mg，顯示與受熱循環過程前之 原材成份相較，對於Mg元素僅微幅波動其中M7B上升約0.5wt % 、 M9H4上升約1.2wt %，M7E則無明顯的影響。因此從上述結果並依據 相關研究指出，當Si 含量為0.5-1.2 wt%、Cu 含量為2.0-4.0 wt%、

Mg 含量為2.0-5.0 wt%、Mn 含量為1.5-2.5 wt%、Mg 含量為2.0-5.0 wt%、Zn 含量為4.0-5.0 wt%時，其熱裂敏感性最高，瞭解M7B的材 料熱裂敏感性是較M7E高，也就是M7B>M7E>M9H4，此部份分析結

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圖 4-25 部份熔融區 SEM 觀察及 EDS 分析情形

圖 4-26 部份熔融區晶界處，在不同熱循環歷程下經 EDS 分析 Cu 偏析之狀態，(a)M6；(b)M9H4

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圖 4-27 經不同熱循環歷程之 EDS 分析，Zn 元素在部份熔融區晶 界處之分佈狀態，(a)M7B；(b)M7E；(c)M9H4

圖 4-28 經不同熱循環歷程之 EDS 分析，Mg 元素在部份熔融區 晶界處之分佈狀態，(a)M7B；(b)M7E；(c)M9H4

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4.3 高強度鋁合金異質銲接與銲後熱處理研究