微晶粒組織觀察

3.2.1 電子束銲接試片的 OM 觀察

在 EBW 銲接法的試片當中，因為銲道較深，且於電子束冷卻速率較快，故 造成熔池內部氣體來不及向外逸散，故於銲道內會有孔洞殘留，如圖3-8 所示 AZ31 的銲道剖面。除上述因素外，銲道根部的孔洞，也可能是因為鎖孔效應造 成，因熔融材來不及填補早先凝固造成的收縮作用，致使較晚凝固的銲道根部產 生孔洞。

此外，對於熔融邊界的界定，也隨著Al 含量的多寡而有所變化，如圖 3-9(a) 與(b)分別表示 AZ31 和 AZ61 的熔融邊界型態，可發現在 AZ31 材料中熔融區與 母材的界線非常明顯，而在AZ61 中熔融區域的邊界似乎越來越不明顯，且有滲 入母材的現象產生，此可能因為聚集在晶界上的二次相，熔點較鎂合金基地低(如 圖1-1 所示之 Mg-Al 相圖)，再加上鎂合金的熱傳導性佳與低熱容量等特性，使 得當熱量足夠時，二次相會先開始熔融，沿著晶界流動與銲道熔池形成一通道，

因此將攜帶更多熔池的熔融物質與熱量往母材方向傳遞，使得更多區域形成熔融 區域，最後擴大形成所謂部分熔融區域。

對於銲道晶粒尺寸和型態的觀察，其晶粒尺寸大小如表 3-4 所示。由表中可 發現：

(1) 在相同材料中，如圖 3-10 所示AZ31 在不同銲速條件下銲道底部的顯微組 織，可發現隨著銲速的增加(熱輸入量的減少)，晶粒尺寸由 8.9 µm 降至 6.7 µm 左右，呈現減小的趨勢。此外，隨著銲道上、中、下位置的不同，晶粒 尺寸亦有往銲道根部變小的趨勢，如圖 3-11 所示。此略可知是因為在銲道 不同部位中，其冷卻速率為下部 >中部 >上部，故下部的晶粒成核效應大於 成長效應，故呈現較小的晶粒尺寸，而中部與上部則隨冷卻速率的變慢而使 晶粒較有時間成長，故晶粒尺寸較大。

(2) 而在不同材料中，發現隨著Al 含量增加，亦有使晶粒尺寸下降的情況發生，

如圖 3-12 中所示，在AZ31 中銲道晶粒尺寸約為 25 µm，而在 Al 含量較多 的AZ61 中則約為 11.1 µm，而這種差異可歸因於：

(a) 隨著鋁含量增加，二次相的增多，造成成核的機率增加。

(b) 另一方面，根據先前的研究[13]指出，AZ 系列合金中，隨著 Al 含量的 增加，冷卻速率隨之下降，即AZ31 >AZ61 >AZ91，所以冷卻速率越快 者，較容易形成較小尺寸的晶粒。

故在以上兩種因素的交互影響下，便造成AZ91 或 AZ61 銲道的晶粒尺寸較 同熱輸入量下的 AZ31 材料小的多。

(3) 對於銲道晶粒的型態觀察，發現晶粒型態多為等軸樹枝晶或者等軸細胞晶，

如圖3-13 所示，在 AZ31-20 的銲道中發現，銲道上部約為 9 µm 的等軸樹 枝晶，中部則為過渡區域，下部則為 7 µm 左右大小的等軸細胞晶，由此觀 察便可知，在下部冷卻速率大於中部和上部的情況下，造成晶粒尺寸和晶粒 型態上都具有區域性的差異。此外，在AZ31-35 的銲道下部中，則可發現，

由母材到銲道中心的晶粒型態，亦有隨冷卻速率的不同有所不同展現，如圖 3-9(a)所示。在母材和熔融邊界因為冷卻速率最快故產生較小尺寸的的等軸 細胞晶，往熔融中心移動則因冷卻速率減慢，呈現隨熱流反向成長的柱狀

晶，而在熔融區域中心，則因冷卻速率最慢，故發現尺寸較大的等軸細胞晶，

這與鑄錠合金中的凝固型態是相類似的，較有差異的是銲接過程中，熱源方 向是在改變的，故可發現柱狀晶與熔融邊界成某個角度成長而非垂直，而此 角度便與銲速有直接的關係。最後，隨著合金成分的改變，其晶粒型態亦會 隨之變化，如圖 3-12 所示，在相同的銲接條件下，AZ31 中的晶粒呈現細胞 狀，而在AZ61 中則呈現樹枝狀，此乃因為隨著 Al 含量的增加，其冷卻速 率越慢，且形成組成過冷(constitutional supercooling)的能力越好，故較容易 生成樹枝狀的晶粒。

3.2.2 惰性氣體電弧銲接試片的OM 觀察

在TIG 銲接法的銲後試片中，如圖 3-14、3-15、3-16 所示，經觀察可發現，

無論在那一種材料中，相較於電子束銲接法，均無明顯的孔洞與缺陷存在於銲道 中；此外可發現，在某些試片的銲道或熔融邊界母材中均有雙晶的存在，這可能 表示在銲接過程，熱應力產生壓應力的作用，使得鎂合金的雙晶在受應力較大的 區域中產生。

在熔融區邊界的定義上，亦發現隨著合金Al 含量增多，熔融區域的邊界似 乎越來越不明顯，而且有滲入母材的情況發生，如圖 3-17 所示。相信這與電子 束銲接法中觀察到的現象是相同的原因造成的，而且在惰性氣體電弧銲接法中，

因熱輸入量大，且銲道集中，故向左右母材滲入現象更較電子束銲接法中明顯。

在銲道晶粒尺寸和型態的觀察，其晶粒尺寸如表 3-5 所示。由表中可知，晶 粒尺寸在 AZ31 銲道中約為 11∼13 µm 左右；而在 AZ61 銲道中則約為 9∼10 µm；

到了AZ91 中則約為 8.5 µm 左右，此呈現一個隨 Al 含量增加而下降的變化。此 大致可歸因於二次相較多時，成核效應較快，故造成的晶粒尺寸較小。此外，在 銲道中亦有發現，在銲道ND 面(俯視面)與銲道 WD 面(橫剖面)(如圖 2-2 所示) 的晶粒尺寸有些微異，但相差不大，故可推測，在銲道剖面其位置造成的冷卻速 率變化或晶粒尺寸變化與電子束銲接試片相較下，影響甚小；在晶粒的型態學 上，可發現在AZ31 銲道中呈現細胞狀的晶粒，而在 AZ61 和 AZ91 中則呈現樹 枝狀的晶粒，基於相同熱輸入量的條件下，可知其主要差異來自於合金成分的不

同，亦即是Al 含量的多寡，除了上述成核效應造成尺寸差異外，相信隨著 Al 含量的差異，造成組成過冷(constitutional supercooling)能力的強弱是主要造成晶 粒型態差異的主因。