1. 利用不同應變下之應力來計算組合方成式的分析結果，顯示 AZ61 鎂合金在高溫 變形時，可使用雙曲線正弦函數來表示溫度、應變速率及應力之相互關係。其應 力指數約為 5.7。由組合方程式所得活化能 Q 值約為 138KJ/mol。
2. 使用雙曲線正弦函數並利用和應變相關之應力計算α 值，其預測應力較β/n1 及 峰值應力計算α值的方式來計算各個預測應力之吻合度高。
3. 由組合方程式分析的結果顯示，使用雙曲線正弦函數和應變相關之應力計算α 值 而後求得其他組合參數，並由此組合方程式來計算 AZ61 鎂合金高溫變形之應力，
熱壓實驗值與計算值之應力相符。
4. 在 AZ61 鎂合金的高溫熱變形下，在較低的變形溫度(或高應變速率)時，其主要 促進材料軟化效應因素為動態回復的效應。而在較高的變形溫度(或低應變速率) 時，使材料軟化之主要因素為動態再結晶的效應所導致。
5. 在不同Z值與微結構之關係顯示，當Z值增加時，其再結晶晶粒尺寸隨之下降；反 之，Z值下降時，其某些再結晶晶粒會發生晶粒成長。Z值降到最小值時，其晶粒 結構會發生嚴重的晶粒成長。
6. 在相近Z值的變形條件下，產生不同的顯微結構。由低溫、低應變速率時為細小 之晶粒，隨著溫度及應變速率的增加使晶粒較為粗大。而溫度增加的作用在於提 升動態再結晶驅動力，但是提升應變速率卻降低動態再結晶驅動力。因為溫度增 加，其動態再結晶晶粒逐漸增大，表示溫度提供更多能量給予再結晶晶粒;但變 形速率增加，變形的時間縮短，卻無法得到晶粒細化的效果。此結果顯示，提升 溫度影響微結構變化的程度大於應變速率提升。
21
參考文獻
[1] I. J. Polmear, “Recent Developments in Light Alloys”, Mater. Trans., Vol. 37, 1996, pp.
12-31.
[2] I. J. Polmear, “Recent Developments in Light Alloys”, Mater. Sci. Technol., Vol. 10, 1994, pp. 1-15.
[3] Z. Zhang, A. Couture and A. Luo, “An Investigation of the Properties of Mg-Zn-Al Alloys”, Scripta Mater., Vol. 39, 1998, pp.45-53.
[4] H. Yoshinaga, R. Horiuchi, Jpn. Inst. Met. 5 (1964)14–21.
[5] D.L. Yin, K.F. Zhang, G.F. Wang, W.B. Han, Mater. Sci. Eng. A 392 (2005) 320–325.
[6] R. Panicker, A.H. Chokshi, R.K. Mishra, R. Verma, P.E. Krajewski, Acta. Mater. 57 (2009) 3683–3693.
[7] S. Abdessameud, H. Azzeddine, B. Alili, D. Bradai, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 10 (2010) 2215–2222.
[8] U.F. Kocks, H. Mecking, Prog. Mater. Sci. 48 (2003) 171–273.
[9] T. Al-Sammana, X. Li, S. Ghosh Chowdhury, Mater. Sci. Eng. A 527 (2010) 3450–3463.
[10] T. Al-Samman, G. Gottstein, Mater. Sci. Eng. A 490 (2008) 411–420.
[11] I.A. Maksoud, H. Ahmed, J. Rodel, Mater. Sci. Eng. A 504 (2009) 40–48.
[12] J.A. del Valle, O.A. Ruano, Mater. Sci. Eng. A 487 (2008) 473–480.
[13] G. Vespa, L.W.F. Mackenzie, R. Verma, F. Zarandi, E. Essadiqi, S. Yue, Mater. Sci. Eng.
A 487 (2008) 243–250.
[14] S.W. Xu, S. Kamado, T. Honma, Mater. Sci. Eng. A 528 (2011) 2385–2393.
[15]. M. M. Avedesian and H. Baker, “ASM Specialty Handbook-
Magnesium and Magnesium Alloys”, ASM Metals Park, OH, 1999, pp.13-43.
22
[16] 賴耿陽, “非鐵金屬材料”, 新竹, (1998), pp.174-191
[17] 楊萬騏, “藉著 La-rich misch metal 的添加及熱擠型法以改善 Mg-8Al 鎂合金機 械性能之研究”, 國立台灣大學材料科學與工程研究所博士論文 (2003).
[18] 張永耀, “ 金屬熔銲學”, 徐氏基金會, 台北, 下冊 (1976), pp.134-170.
[19] K.F.Zhang,D.L.Yin and D.Z.Wu,(2006),Fomability of AZ31Magnesium alloy sheet at warm working conditions,International Journal of Machine Tool & Manufacture 46,pp.1276-1280
[20] T. Obara, H. Yoshinga and S. Morozumi, “{1122}<1123>Slip System in Magnasium”, Acta Metall., Vol. 21, 1973, pp. 845-853.
[21] D. Liang, H. Jones, “Morphologies of primary Al3Fe in Bridgman solidification and TIG weld traversing of hypereutectic Al-Fe alloys”, Mater. Sci. Eng A, Vol. 173, 1993, pp.
109-114.
[22] S. Gourdet, F. Montheillet, “An experimental study of the recrystallization mechanism during hot deformation of aluminum”, Mater. Sci. Eng A, Vol. 283, 2000, pp. 274-288.
[23] R. Kaibyshev, O. Stidikov, “Dynamic Recrstallization of Magnesium at Ambient temperature”, Metal. Sci., Vol. 85, 1994, pp. 738-743.
[24] H. J. McQueen, C. A. C. Imbert, “Dynamic recrystallization: plasticity enhancing structural development”, J. Alloys and Compounds, Vol. 378, 2004, pp. 35-43.
[25] A. Bussiba, A. Ben Artyz, A. Shtechman, Sifergan and M. Kupiec,
“Grain Refinement of AZ31 and ZK60 Mg Alloys-Towards Superplasticity Studies”, Mater.
Sci. Eng., A302, 2001, pp. 56-62.
[26] J. P. Sah, G. J. Richardson and C. M. Sellars, “Grain-Size Effects During Dynamic Recrytallization of Nickel”, Metal. Sci., Vol. 8, 1974, pp. 325-331.
[27] H.J. McQueen,N.D.Ryan,Mater.Sci.Eng.A32(2002)43–63.
23
[28] C. Sellars,W.M.Tegart,ActaMetall.14(1966)1136–1138.
[29] C. Sellars,W.M.Tegart,Int.Metall.Rev.17(1972)1–23.
[30] A. Mwembela, E.V. Konopleva, H.J. McQueen, Scr. Mater., 37(1997) 1789.
[31] H.T. Zhou, X.Q, Zeng, C.J. Ma and W.J. Ding, Acta Metall. 17 (2004) 155.
[32] H.J McQueen, C.A. Imbert, J. Alloys Compd. 378 (2004) 35
24
表 2-1 鎂合金 ASTM 標準材料編號[15]
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
英文(表示主要合 金元素)
A-Aluminum 鋁 B-Bismuth 鉍 C-Copper 銅 D-Cadmium 鎘 E-Rare Earth 稀土 元素
F-Iron 鐵 H-Thorium 釷 K-Zirconium 鋯 J-Strontium 鍶 L-Lithium 鋰 M-Manganese 錳 N-Nickel 鎳 S-Silicon 矽 Z-Zinc 鋅
數字(表示二個主 要合金元素之含 量；重量百分率之 數值)
英文(區分相同組 成之合金，如 A、
B、C、D、…，不 含 I 與 O)
調質度或材質型態 F-製造狀態
O-退火材料 H10,H11-微加工硬 化
H23,H24,H26-加工 硬化+部分退火 T4-固溶處理+人工 時效
T5-人工時效硬化 處理
T6-固溶+人工時效 T8-固溶+冷加工+
人工時效
表 3-1 AZ61 化學成分組成表
Element Al Zn Mn Ni Fe
Wt% 6.78 0.79 0.22 0.0001 0.0015
表 4-1 AZ61 不同變形條件下之 lnZ 值
lnZ 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃
1x10-3S-1 28.09 25.04 22.47 20.29 18.41 1x10-2S-1 30.39 27.34 24.78 22.59 20.71 1x10-1S-1 32.70 29.64 27.08 24.89 23.01 1 S-1 35.00 31.94 29.38 27.20 25.32
25
圖 2-1 冷加工後退火製程示意圖
圖 2-2 不連續動態再結晶示意圖 (a) 晶界上開始發生再結晶成核
(b) 再結晶成核的數量增加，並相連形成項鍊狀組織 (c) 整體微結構形成均勻再結晶，為完全再結晶
(d) 完全再結晶，開始產生晶粒成長
圖 2-3 晶粒成長示意圖
26
圖 3-1 AZ61 鎂合金初始金相顯微結構圖
27
AZ61 鎂合金
圓柱試件尺寸直徑 8mm、高 12mm
熱壓實驗
溫度:250℃ ~ 450℃，間隔 50℃
應變速率:1x10-3、1x10-2、1x10-1、1 S-1
組合方程式分析
α、n、Q、Z、A 顯微結構分析
用以下三種方式計算α 值 並模擬流變應力 A、利用 β/n1 計算 α 值 B、利用峰值應力計算 α 值 C、利用應變相關之應力計算 α 值
模擬流變應力的比較與分析
組合方程式分析與顯微結構的相互關係
圖 3-2 實驗流程圖
28
圖 4-1 固定變形溫度、不同應變速率之應力-應變曲線圖
29
圖 4-2 固定應變速率、不同變形溫度之應力-應變曲線圖
30
圖 4-3 AZ61 鎂合金在不同應變速率下，峰值應力與溫度關係
圖 4-4 AZ61 壓縮試件在不同溫度下，應變速率(ln𝜀̇)與峰值應力 ln(σ)之關係圖
31
圖 4-5 AZ61 壓縮試件在不同溫度下，應變速率(ln𝜀̇)與峰值應力 Flow stress(σ)之關 係圖
圖 4-6 AZ61 壓縮試件在不同溫度下，應變速率(ln𝜀̇)與峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關 係圖
32
圖 4-7 AZ61 壓縮試件在不同應變速率下，峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關係圖與溫度 倒數之關係圖
圖 4-8 AZ61 熱壓實驗 Z 值(lnZ)與峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關係圖
33
圖 4-9 峰值應力計算值與實驗值比較的關係圖
34
圖 4-10 組合參數 n、Q、lnA 及α值與應關係圖
35
圖 4-11 固定變形溫度下，計算與實驗流變應力值比較之關係圖
36
圖 4-12 固定應變速率下，計算與實驗流變應力值比較之關係圖
37
圖 4-13 AZ61 壓縮試件在不同溫度下，應變速率(ln𝜀̇)與峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關 係圖
圖 4-14 AZ61 壓縮試件在不同應變速率下，峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關係圖與溫度 倒數之關係圖
38
圖 4-15 AZ61 熱壓實驗 Z 值(lnZ)與峰值應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關係圖
圖 4-16 峰值應力計算值與實驗值比較的關係圖
39
圖 4-17 組合參數 n、Q 及 lnA 值的應變關係圖
40
圖 4-18 固定變形溫度下，計算與實驗流變應力值比較之關係圖
41
圖 4-19 固定應變速率下，計算與實驗流變應力值比較之關係圖
42
43
圖 4-20 AZ61 壓縮試件在不同溫度下，應變速率(ln𝜀̇)與應變 0.1 至 0.7 之應力 ln[sinh(𝛼𝜎0.1~0.7)]之關係圖
44
圖 4-21 AZ61 壓縮試件在不同應變速率下，應變 0.1 至 0.7 之應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之 關係圖與溫度倒數之關係圖
45
46
圖 4-22 AZ61 熱壓實驗 Z 值(lnZ)與應變 0.1 至 0.7 之應力ln[sinh(𝛼𝜎𝑝)]之關係圖
47
圖 4-23 峰值應力與應變 0.1 至 0.7 之應力計算值與實驗值比較的關係圖
48
圖 4-24 組合參數 n、Q 及 lnA 及 α 值的應變關係圖
49
圖 4-25 固定應變速率下，計算與實驗流變應力值比較之關係圖
50
51
圖 4-26 變形溫度 250℃，不同應變速率之顯微結構圖 (a)1x10-3 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (d) 1 S-1
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圖 4-27 變形溫度 300℃，不同應變速率之顯微結構圖 (a)1x10-3 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (d) 1 S-1
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圖 4-28 變形溫度 350℃，不同應變速率之顯微結構圖 (a)1x10-3 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (d) 1 S-1
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圖 4-29 變形溫度 400℃，不同應變速率之顯微結構圖 (a)1x10-3 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (d) 1 S-1
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圖 4-30 變形溫度 450℃，不同應變速率之顯微結構圖 (a)1x10-3 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (b) 1x10-2 S-1 (d) 1 S-1
60
61
圖 4-31 不同變形條件下顯微結構圖 (a)450℃，1x10-3S-1 (lnZ=18.41)、(b)400℃，
1x10-3S-1 (lnZ=20.29)、(c)350℃，1x10-2S-1 (lnZ=24.78)、(d)300℃，1x10-1S-1 (lnZ=29.64)、(e) 250℃，1S-1 (lnZ=35.00)