第四章 結果與討論
4.3 熱處理的金相討論
一般來說鋁錠在不同的均質預熱溫度下對於擠製性會有不同的 影響，在使用均質溫度為較低的 500℃下由於一些析出相 Mg2Si 回溶 至基地內，由於 Mg 和 Si 的固溶造成了材料內部的固溶強化而提升了 擠製的壓力；但當均質溫度升至 540℃時其擠製壓力將會稍微降低，
一方面因材料再高溫時較容易產生塑性變形，而使固溶強化的效果被 抵消掉，另一方面在均質化處理後，部分偏析回溶產生粗大的析出相 及部分尚未消除，因此再擠製時偏析會回溶至基地提高擠至壓力，但 粗大的析出相尚未回溶會使壓力降低，兩者互相抵消反而使擠製壓力 隨溫度的升高而降低。
在圖 41~圖 52為不同條件之金相結構，固定其單一加工因素而 觀察金相之變化，圖中金相範圍乃從試片之圓心至外圍。由圖 41~52 可知其微結構皆為等軸晶粒的狀態，並無長條狀或扁平狀知晶粒結 構，由這樣的結果顯示擠件已完全產生在結晶的現象，故擠件亦呈現 出較鑄錠為小的再結晶晶粒。
圖 41 及43為在擠製完成後未施以任何人工時效之金相圖，圖 41為未人工時效處理試片中硬度最硬者，圖 42 則相反。圖 43、44
中在均質處理 2 小時情況下以圖 43為最硬、圖 44 為最軟；而圖 44 除在均質 2 小時中最軟外，其所搭配之加工條件：爐溫 500℃、擠速 7、200℃人工時效、T5 熱處理等單一情況比較下一其硬度質亦為最 軟之試片，亦是所有加工處理後硬度值最軟之試片。相反的，圖 45 為所有試片中硬度值最高之試片，而我們亦可觀察出其靠近外圍的晶 粒是所有試片中最小最密集者。其他單一條件比較最軟及最硬之試片 如下：均質時間 10 小時搭配擠速 2、160℃人工時效、T6 處理中硬度 最軟者為圖 46；爐溫 500℃最硬者為圖 47；爐溫 540℃搭配 T6 熱處 理情況下，硬度值最低者為圖 48；擠速 2 搭配 180℃時效下硬度最佳 者為圖 49；180℃人工時效中硬度最軟者為圖 50；搭配 200℃人工時 效中最硬者為圖 51； 160℃人工時效下硬度最軟者為圖 52。
在以上各種獨立條件情況下比較其硬度，我們可知各種硬度最軟 者其硬度值普遍為 4 開頭，而強度最高者則普遍為 90~100 間，將兩 種硬度結果全然相反的金相圖做比較，可由其中觀察到就其晶粒而 言，硬度較軟者的結晶組織在工件圓心部位多較為粗大，而由內而外 的晶粒變化亦可感覺到組織並沒有高硬度試片來的緻密，感覺較為疏 鬆，而如此情況在圖 50中更可明顯感覺到。
在熱擠製下的高溫塑性變形中，亦會產生顯微結構上的變化。跟 據其變形量的多寡和塑性變形時的溫度，擠件可能產生動態復原
（dynamic recovery）或是動態再結晶（dynamic recrystal
lization）【24】【25】的現象，而這兩種機構所形成的顯微結構並不 相同。就動態再結晶而言其乃由較原來晶粒為小的再結晶晶粒所組 成，而動態復原的顯微結構則呈現由原來晶粒組成的織狀組織，這些 晶粒因變形而在加工方向延伸，而變形晶粒中並存有次晶粒結構。而 在擠製過程後的淬水速率愈快，可以抑制表面再結晶的形成【26】。
圖 41~52中可明顯的觀察到圓棒形工件由內而外的顯微結構變 化，在圓棒外為區域因擠件表面與模具承面摩擦力的影響，其變形量 最大而且溫度也會較高，所以明顯的產生了動態再結晶的現象。工件 原來的晶粒已完全被消除而由細小的再結晶晶粒組成，晶粒受加工變 形的影響向擠形方向延伸，而再結晶的程度也隨著位置的不同而改 變，靠近圓心的的部分因其變形量較小而再結晶的現象也就相對的減 少。另外在金相圖中也可以觀察到變形晶粒在靠近擠件中心位置的長 寬比較小，而這樣的結果也同樣顯示出，在圓棒的擠製過程中，擠件 的表面部分會產生較大的變形量，至於靠近中間部分的變形量則相對 較少。
第五章 結 論
1. 由金相圖的觀察可發現鋁錠經均質處理後其中微偏析的樹枝狀結 構已完全消除。
2. 擠型棒材在經擠壓比為 30 的擠壓製程後，其工件由內至外的硬度 值，經由量測，並觀察其硬度相對於距離的曲線圖，可發現其硬 度值的變化並不大，在圖中所描繪出之曲線幾乎呈水平的狀態，
由此可知在硬度值的量測上，並不需要考慮硬度值會由圓棒圓 心，由內而外遞減的問題。
3. 在比較 T5 及 T6 的不同熱處理過程後可發現，經由 T6 熱處理之試 片其硬度值並不如預期中會比 T5 熱處理者來的高，預測應為在擠 製過程中試片產生加工硬化所造成。
4. 在鋁錠擠製前的均質化處理中，可發現均質時間較長的 10 小時，
搭配較高的爐溫 540℃及擠速 7 和 160℃的人工時效溫度，會使工 件產生較較好的機械強度。
5. 在 160℃、180℃、200℃等三種人工時效溫度中，以 160℃時效處 理的工件硬度較佳，其次各為 180℃及 200℃，而 200℃時效處理 的試片其硬度為最差，並且跟 160℃處理試片的硬度值有一定的差 距。
6. 在擠速為 7 的加工情況下 T6 熱處理之試片會有部分的硬度值較 T5
熱處理者為大，推測為在較高的擠速中，因在結晶的產生使加工 硬化效果降低，硬度也隨之降低。
7. 經圓棒試片，由中心向外側的連續金相圖中，可以觀察到，在圓 心位置的晶粒較大，愈靠試片外側，晶粒也愈小愈密集。其原因 乃因在擠製過程中圓棒外側，因擠件表面與模具承面摩擦力的影 響，其變形量也最大而且溫度也會較高，所以明顯的產生了動態 再結晶的現象，而靠近圓心的部分，因其變形量較小所以再結晶 的現象也就相對的減少。
8. 在不同的擠壓比中，較低的擠壓比較需要較完整的熱處理程序，
而於較高擠壓比時，T5 處理即可得較好的硬度。
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圖01 鋁合金熱處理特性分類圖
圖02 Al-Mg-Si 合金三元相圖（液相面）
圖03 Al-Mg2Si 擬二元合金
圖04 正向擠壓棒材時擠壓力的傳遞過程圖 1－擠壓墊片 2－鑄錠 3－模子 4－模支承
圖05 作用在鍛造金屬上的應力分布圖
圖06 直接擠壓與間接擠壓之壓力比較 實心圓形：直接
空心圓形：間接
圖07 直接與間接擠壓法的溫度變化比較
圖08 模角由 45°－60°的擠壓力比較
圖09 差排切過析出相質點之模式圖
圖10 差排通過析出相質點之模式圖
圖11 三菱可變寬度之擠形品
圖12 昭和鋁業大寬度擠形材
圖13 自行車鋁合金陶瓷輪圈
圖14 自行車碳纖花鼓
圖15 U-SUN 公司製造之電阻絲加熱空氣爐
圖16 振華電熱工業有限公司所製造之電阻絲加熱爐
圖17 冠羿工業有限公司所製造之擠壓機
圖18 擠製模具
圖19 擠錠變形及模具配合圖
圖20 漸縮管錐形狀之套口
圖21 雨幕效果淬水裝置
圖22 碳棒架
圖23 微氏硬度計
圖24 OM 顯微鏡
圖25 實驗流程圖
固溶處理
以520℃加熱 70 分鐘
購得擠錠
均質處理
條件： （1）500℃、2 小時 （2）500℃、10 小時
（3）540℃、2 小時 （4）540℃、10 小時
擠製
條件： （1）擠速 1.8~2.2 （2）擠速 6.8~7.2
淬水 無淬水
人工時效
條件： （1）160℃處理 24 小時 （2）180℃處理 24 小時 （3）200℃處理 24 小時
硬度測試
金相觀察
圖26 鑄錠由圓心 而外之金相 圖
內
外
300μm
圖27 鋁錠於 540℃下均質 10 小時金相圖
圖28 測量工件由內而外硬度示意圖
圖29 由圓棒中心而外量取硬度照片
300μm
300μm
（硬度）
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40
40.00 80.00 120.00
（距離mm）
圖30 由圓棒中心而外量取硬度所得曲線
圖31 一般試片硬度量取示意圖
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Aging time,hours
40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00
Hardness,Vickers
爐溫 ︰ 500℃ 擠 速︰ 2 人 工 時 效 ： 160℃
均 質 ︰ 2hr T6處 理 均 質 ︰ 2hr T5處 理 均 質 ︰ 10hr T6處 理 均 質 ︰ 10hr T5處 理
圖32 擠件經 500℃均值 擠速 2m/min 及 160℃時效後不同均值時間之硬度曲線
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Aging time,hours
40.00 60.00 80.00 100.00
Hardness,Vickers
爐溫 ︰ 500℃ 擠 速︰ 2 人 工 時 效 ： 180℃
均 質 ︰ 2hr T6處 理 均 質 ︰ 2hr T5處 理 均 質 ︰ 10hr T6處 理 均 質 ︰ 10hr T5處 理
圖33 擠件經 500℃均值 擠速 2m/min 及 180℃時效後不同均值時間之硬度曲線
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Aging time,hours
40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00
Hardness,Vickers
均 質 ︰ 2hr 擠 速︰ 2 人 工 時 效 ： 160℃
爐溫 ︰ 500℃ T6處 理 爐溫 ︰ 500℃ T5處 理 爐溫 ︰ 540℃ T6處 理 爐溫 ︰ 540℃ T5處 理
圖34 擠件經 2 小時均值 擠速 2m/min 及 160℃時效後不同均值爐溫之硬度曲線
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
Aging time,hours
50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00
Hardness,Vickers
均 質 ︰ 10hr 擠 速︰ 2 人 工 時 效 ： 160℃
爐溫 ︰ 500℃ T6處 理 爐溫 ︰ 500℃ T5處 理 爐溫 ︰ 540℃ T6處 理 爐溫 ︰ 540℃ T5處 理
圖35 擠件經 10 小時均值 擠速 2m/min 及 160℃時效後不同均值爐溫之硬度曲線