4-1 ZA85 鎂合金之成份及析出相分析
4-1-1 合金成份分析
以重力澆鑄法製成的 ZA85(Mg-8wt%Zn-5wt%Al)鎂合金鑄錠，利用 X-光能量散佈分析儀( Energy Dispersive System, EDS )進行合金元素含量 之分析，圖4-1 到圖 4-3 為任意選取鑄錠上三個區域進行 EDS 分析，表 4-1
4-2 擠型後材料之巨觀與微觀分析
形變的效應而產生的動態再結晶現象。由圖中可知，生成的新晶粒大多分
到原本 cubic 的形狀，此外，從圖上亦看不到任何氣孔以及縮孔等鑄造缺
微組織，與 180℃，N=1、2、4 相比可發現，在相同的擠型次數下，擠型
鎂合金在高溫下也較容易發生動態再結晶，形成較多的細晶粒，而在較低
分佈與經過一次擠型後的相比，較為均勻。然而在 220℃下更進一步擠型
上述結果可由 Hall-Petch eq. [49]來印證，如式 4-1 所示：
180 ℃ 、 220℃ 以 及 250℃ 的 溫 度 下 擠 型 一 次 ， 抗 拉 強 度 分 別 提 升 至
4-3-3 高溫拉伸實驗 拉強度分別為318MPa 和 249MPa，降伏強度則分別為 197MPa 和 162MPa，
此結果皆明顯優於其他常見的耐熱型鎂合金的高溫性質，如表 4-13[53]所 示。因此ECAE 製程可以有效改善材料的顯微組織，進而提升材料的高溫 性質；另一方面，由於本實驗選用 ZA85 鎂合金，其主要的析出相是高溫 較穩定的Mg32(Al,Zn)49相，並沒有熔點較低的高溫不穩定相Mg17Al12的析 出，因此在高溫下較能抵抗晶界的滑移而有較佳的高溫性質。
(a)
(b)
圖4-1(a) ZA85 鎂合金的二次電子影像(第一擇區)、(b) EDS 第一擇區 peak 強度分佈圖。
表4-1 EDS 第一擇區的成分重量百分比與原子百分比
Element Weight% Atomic%
Mg 88.52 93.06
Al 4.41 4.18
Zn 7.07 2.76
Totals 100.00
(a)
(b)
圖4-2(a) ZA85 鎂合金的二次電子影像(第二擇區)、(b) EDS 第二擇區 peak 強度分佈圖。
表4-2 EDS 第二擇區的成分重量百分比與原子百分比
Element Weight% Atomic%
Mg 86.04 91.79
Al 4.73 4.55
Zn 9.22 3.66
Totals 100.00
(a)
(b)
圖4-3(a) ZA85 鎂合金的二次電子影像(第三擇區)、(b) EDS 第三擇區 peak 強度分佈圖。
表4-3 EDS 第三擇區的成分重量百分比與原子百分比
Element Weight% Atomic%
Mg 86.20 91.69
Al 5.07 4.86
Zn 8.74 3.46
Totals 100.00
表4-4 ZA85 鎂合金合金成份一覽表
Element Al Zn Mg
wt% 4.74 8.34 Bal.
(a)
(b)
圖4-4(a) ZA85 鎂合金的二次電子影像(於基地上擇點)、(b) EDX 於基地上 擇點peak 強度分佈圖。
表4-5 EDS 於基地上擇點的成分重量百分比與原子百分比
Element Weight% Atomic%
Mg 96.67 96.99
Al 3.33 3.01
Totals 100.00
(a)
(b)
圖4-5(a) ZA85 鎂合金的二次電子影像、(b) EDX 於析出物上擇點 peak 強 度分佈圖。
表4-6 EDS 於析出物上擇點的成分重量百分比與原子百分比
Element Weight% Atomic%
Mg 37.27 54.57
Al 14.55 19.19
Zn 48.18 26.24
Totals 100.00
圖4-6 ZA85 鎂合金的 XRD 圖。
圖4-7 ECAE 前後試棒形狀的變化。
圖4-8 ECAE 擠型一次時，試棒變形示意圖。
(a)
(b)
圖4-9 ZA85 鎂合金的顯微組織，(a) 低倍率、(b) 高倍率。
圖4-10 ZA85 鎂合金鑄造材的晶粒面積比分佈圖。
(a)
(b)
圖4-11 180℃，N=1 時的顯微組織，(a) 低倍率、(b) 高倍率。
圖4-12 180℃，N=1 時之二次電子影像。
(a)
(b)
圖4-13 180℃，N=2 時的顯微組織，(a) 低倍率、(b) 高倍率。
圖4-14 180℃，N=2 時之二次電子影像。
(a)
(b)
圖4-15 180℃，N=4 時的顯微組織，(a) 低倍率、(b) 高倍率。
圖4-16 180℃，N=4 時之二次電子影像。
(a)
(b)
圖4-17 180℃，N=6 時的顯微組織，(a) 低倍率、(b) 高倍率。
(a) (b)
(c) (d)
圖4-18 180℃-ECAE 的晶粒面積比分佈圖，(a) N=1、(b) N=2、(c) N=4、
(d) N=6。
圖4-19 180℃-ECAE 不同擠型次數的各種大小晶粒面積比分佈。
圖4-20 220℃，N=1 時的顯微組織。
圖4-21 220℃，N=2 時的顯微組織。
圖4-22 220℃，N=4 時的顯微組織。
(a)
(b)
(c)
圖4-23 220℃-ECAE 的晶粒面積比分佈圖，(a) N=1、(b) N=2、(c) N=4。
圖4-24 220℃-ECAE 不同擠型次數的各種大小晶粒面積比分佈。
圖4-25 250℃，N=1 時的顯微組織。
圖4-26 250℃，N=2 時的顯微組織。
圖4-27 250℃，N=4 時的顯微組織。
(a)
(b)
(c)
圖4-28 250℃-ECAE 的晶粒面積比分佈圖，(a) N=1、(b) N=2、(c) N=4。
圖4-29 250℃-ECAE 不同擠型次數的各種大小晶粒面積比分佈。
圖4-30 不同擠型溫度與不同擠型次數和平均晶粒大小的關係。
表4-7 不同擠型溫度及不同擠型次數的平均晶粒大小
ECAE 180℃ 220℃ 250℃
N=1 31.1 19.2 16.1 N=2 17.4 11.5 13.5 N=4 7.5 9.7 19.7 N=6 4.2 -- --
註：未經擠型的ZA85 鎂合金為 150μm 單位：μm
圖4-31 ZA85 析出相之二次電子影像。
(a)
(b)
圖4-32 220℃，N=1 時之二次電子影像，(a) 被剪切的析出相、(b) 未被
剪切的析出相。
(a)
(b)
圖4-33 220℃，N=2 時之二次電子影像，(a) 1000 倍、(b) 3000 倍。
圖4-34 220℃，N=4 時之二次電子影像。
圖4-35 不同擠型溫度及不同擠型次數與硬度值的關係。
表4-8 不同擠型溫度及不同擠型次數的硬度值
ECAE 180℃ 220℃ 250℃
N=1 21 24 27 N=2 31 28 31 N=4 43 34 27 N=6 46 -- -- 註：未經擠型的ZA85 鎂合金為 19 單位：HRB
(a)
(b)
(c)
圖4-36 在不同溫度下經 ECAE 後，於常溫下進行拉伸實驗所得到的(a) 最 大抗拉強度、(b) 降服強度、(c) 伸長率 與擠型次數的關係圖。
表4-9 常溫機械性質
圖4-37 ZA85 鎂合金，N=0 的機械性質。
(a)
(b)
(c)
圖4-38 在不同溫度下經 ECAE 後，於 100℃下進行拉伸實驗所得到的(a) 最大抗拉強度、(b) 降服強度、(c) 伸長率 與擠型次數的關係圖。
(a)
(b)
(c)
圖4-39 在不同溫度下經 ECAE 後，於 200℃下進行拉伸實驗所得到的(a) 最大抗拉強度、(b) 降服強度、(c) 伸長率 與擠型次數的關係圖。
表4-11 100℃高溫機械性質
表4-13 本實驗的 ZA85 與常見的耐熱型鎂合金之高溫性質比較[53]
Mg Alloy 溫度(℃) 抗拉強度(MPa) 降服強度(MPa)
121 177 118 AE42
177 135 106 AX53 175 196 151
AXJ 175 196 146 150 164 108 AJ52X
175 148 103 100 318 197 ZA85
(this work) 200 249 162