第四章 分析與討論
4.12 Schmid factor 判讀
管材液壓成形的應力狀態比起單軸拉伸測試是較為複雜，在液壓鼓脹成形的初 始階段，牽涉到環域(circumferential)、子午線(meridional)及徑向(radial)應力，直到鼓脹
形狀接近橢圓形或半圓形時，此時應力狀態接近雙軸應力(biaxial)之條件，故可忽略徑 向應力之考量。是否雙軸或三軸的應力狀態，其 prinical shear stress 在整個滑移系統中，
可以被考慮減少呢？而被比較為只考慮非單軸的拉伸應力狀態呢？其實是可由 Mohr ’s circles 來作分析，如圖 4-18 所示[43]，在多軸應力時較小的剪應力範圍將降低塑性變形 之能力，也就是這較小的剪應力發生在管材被液壓鼓脹成橢圓形或半圓形，直到管材破 裂之前會發生效應，而強烈的 basal texture 是牽制著很小的 cross slip 能力，會變成非常 困難來進行移動，特別是在徑向應力之作用上。
在室溫中的塑性變形之判斷，最簡單的方法就是從晶粒方向的 Schmid factor 估算，S, 其 S = cosθ cosφ ，θ 與
φ 表示滑移平面及滑移方向與拉伸軸所夾的角度，
而強烈的 basal plane 總是允許一些較小方向之散射在±20o，從圖 3-15 所示可得到此一 論述之驗證，並由本實驗室 Wang 等人[137]所獲得的關於鎂基合金的 pole figures，或 oriendation distribution 之特性實驗結果得到驗證。Schmid factor 估算是對於理想的且確 實 的 {0002}plane texture ， 對 於 鎂 基 合 金 在 室 溫 中 佔 支 配 優 勢 的 滑 移 系 統 形 式 為 {0002}<a> type，而不考慮柱狀(prismatic)或角錐形(pyramidal)的滑移系統。
表 4-5 所列為 Schmid factor 之計算結果，系沿著擠型軸或管材長軸方向的 0o、45o 與 90o，是對應於環域、子午線及徑向應力，由此表可以看出，對於理想的{0002}texture 而言，平均的 Schmid factor 對應環域、子午線應力大約為 0.11，對應徑向應力基本上大 致是 0。然而這±20o造成平均的 Schmid factor 對環域、子午線應力大約為 0.2，對徑向 應力而言大約為 0.1。故此，我們得知，上述這些理論探討可應用在非軸向之拉伸負載 測試中，但在管材液壓鼓脹成形的徑向負載是有所限制的，亦表示 AZ31 管材若要在室 溫中施行液壓鼓脹成形，則受到強烈主導且佔優勢的 basal texture 之影響，是成形能力 受到限制則是無法避免之困難課題，除非是改善其 plane texture 來解決成形性較差之限 制，如局部的 FSP (friction stir processing)加工，讓我們以本實驗未退火的試片編號 13 經 400 oC、6.1x10-3 s-1擠製，室溫最長的伸長率 41%的管材，試片編號 8，300 oC、1.1x100
s-1，並經過 400 oC、4 h 的退火處理，室溫最長的伸長率 51%的管材，來與經 1400、1000 及 800 rpm FSP 細化加工之試片進行分析。從表 1-6、表 3-3 及表 3-9 確知，對擠型的 AZ31 鎂合金管材而言，降伏強度約為 250 MPa、極限抗拉強度約為 300 MPa；若以 FSP 之製程對 AZ31 鎂合金細化加工之實驗結果，如圖 4-20 所示，以相同 AZ31 材料，經過 管材擠製與不同轉速 FSP 加工，室溫拉伸測試比較圖，得知以 FSP 之製程對 AZ31 鎂 合金細化加工降伏強度約為 75 MPa、極限抗拉強度約為 250 MPa [136,138]，即可令降 伏強度大幅度且有效的降低，表示其臨界分解剪應力(critical resolved shear stress, CRSS) 也大大地降低，亦即表示有充足的差排可在早期時就可啟動，勢必可解決成形性受限之 難題。