K IC 評估

破壞韌性的研究一直有在進行，然而對於破壞韌性的影響因子確是眾說分紜，不外 乎與強度、彈性模數、強化物的尺寸、體積分率及顆粒間距有關。而破壞的過程分為三 個步驟：1.空孔孕育 2.空孔成長 3.空孔合併。對於第二相的顆粒在 1 至 10 µm 首先會有 大量的空孔孕育在第二相顆粒，而空孔會隨著第二相的顆粒大小負平方根成正比，即顆 粒越小則空孔越多，這些空孔會成長進入母材中，這些空孔會隨著顆粒間的間距增大而 成長，最後空孔會互相合併，形成較大的孔隙，一般認為假使這些孔隙成長到更大的尺 寸，破壞韌性將會增加，就如當 dimple 具有較大尺寸則是表示材料所承受較多的能量 [47]。

基於以上的觀念 Hahn 和 Rosenfield[48]提出下列關係式:

λ σ

E

K

≈ 2

KIC是平面應變破壞韌性，σy為降伏強度，E為彈性模數，λ是兩臨近空孔間的距離 此方程式似乎能合理的評估出空孔成長對破壞韌性的影響，如當降伏強度增加則將在母 材產生更多的為抵抗塑性變形的力量。這將提供空孔成長的能量，因此KIC將增加。且 K_IC及空孔成長的量會隨著第二相顆粒的間距增加而增加。

此外，Hahn 和 Rosenfield [48]提出下列關係式:

6 2 1 1

3 1

2 6 ⁻

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

≈

yE

D f

K

σ π

其中σy為降伏強度，E為彈性模數，D為第二相尺寸，f為第二相體積分率。然而這關係 式卻有違反了經由經驗觀察所得資料，如當增加強度會導致破壞韌性的減少，與破壞韌 性值減少隨著增加空孔的尺寸，一般認為作者使用此關係式是因為只考慮空孔的孕育而 卻不考慮成長及合併，因此沒有巨觀的裂紋延伸，然而對於材料破壞而言卻是與成長合 併有關，若真的要詳加考慮則對於空孔大小及第二相顆粒間距都有關係。以上之兩關係 式均有被拿來探討利用，可簡單的令人明白破壞韌性的影響因子之關係。

我們可以從上式的公式得知，當添加入的強化物則對於體積分率會有明顯的影響，

雖然是經由不同製程所得之綜合結果，但可從此圖上的趨勢中得知，當添加 0 vol%~5 vol

%的試片從中可知當到 0 vol%~1 vol%之後材料韌性便無多大改變，從上式公式可做出 合理的推斷體積分率變化對於KIC的變化是有限的，所以在這實驗的小範圍間可知隨著 體積分率的增加，破壞韌性跟著減少。

此外，針對原始母材鑄錠經擠型及固溶擠型處理所得結果相比較可知與文獻不同的

地方，依據文獻所得結果經固溶處理所得破壞韌性較好，那是材料未經過任何加工，因 為連續性的β相消減的結果，所以會有較好的韌性，而本研究經過擠型則這些β相就分佈 的相當均勻，所以固溶處理並無法增加韌性，反而使韌性減低，而對於母材而言似乎破 壞韌性隨著降伏強度的增加而增加。

可從表 3-5 知所得的破壞韌性並無符合規範，及從其拉伸強度資料如表 3-4 得知當 添加奈米粉末的複材其拉伸強度並無增加，這與原本預期的會增加拉伸強度大不相同，

而降低的降伏強度致使更不容易符合規範，由此可知若在不想變更厚度的情況下，唯有 使強度增加才有可能，而這完全有賴於製程上的改善，如使得奈米粉末分散的更均勻才 可能。但再經由下列規範換算：

B、a、

2

⎟⎟ ⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

s

K

σ , (31)

經由粗略換算得之若母材K_IC在 22 MPa ．m^1/2時，若要符合現今的厚度B=9 mm，所需 的降伏應力須高達 370 MPa才行，由表 3-2 可知這是難以達到的，這只有增加厚度才有 可能，若要符合公式 31 則厚度需增加至 16 mm以上才是有機會的形成平面應變。

根據文獻[15]針對鎂合金僅利用鑄造方式產生試片，得知經由熱處理在時效後的試 片其平面應變破壞韌性約為 22 MPa ．m^1/2，文獻上說要取用的厚度需高達 105 mm，才 能保持平面應變，但是本研究經由擠型可提昇降伏強度及破壞韌性，但破壞韌性的提昇 是與降伏強度平方成正比，因此擠型可提昇破壞韌性也可降低達到平面應變最小厚度之 要求，是一良好降低厚度求得平面應變的方法。