本實驗將1050商用純鋁在熱軋完後，以不同的冷卻速率降至室溫，分別為：爐冷(furnace cooling, FC)與水淬(water quenched, WQ)，兩種材料再經90%冷軋後，探討材料的微結構與集合組織的差異以及在退火處理後，材料的集合組織的變化。
冷軋完後，FC和WQ二種試片的集合組織強度具有明顯差異，以具FCC結構之金屬經冷軋後常見之β-fiber集合組織而言，WQ試片中呈現的強度會比FC試片高，而將試片施以退火處理後，再結晶集合組織中重要的Cube方位強度則可明顯的在FC試片中量測到，相反的，WQ試片經退火後並無Cube方位出現。
利用EBSD觀察，經退火處理後之試片，再結晶的位置在高角度晶界出現，隨著退火溫度和時間增加，可以得知存在於冷軋FC試片的Cube方位晶粒，若位於S方位晶粒的附近多半會有成長，因此Cube晶粒的成長會與周圍晶粒方位有關。WQ試片則以晶粒粗化為主，沒有再結晶Cube方位晶粒出現。

In this study, a commercially pure aluminum AA1050 was hot rolled and cooled to room temperature with different cooling speeds: furnace cooled (FC) and water quenched (WQ). These two materials were then cold rolled (CR) 90% in reduction. The microstructures and textures were analyzed on these CR specimens to study the cooling rate effect after hot rolling.
After cold rolling, the textures of the FC and WQ sample are different. It has been proved that the rolling textures of the FCC metals with high stacking fault energy is mainly β-fiber. The intensity of β-fiber in the WQ specimen is higher than that in FC specimen. After annealing treatment, the recrystallization texture, which is Cube orientation can be measured in the FC sample. However, no Cube orientation was detected in WQ sample up to annealing temperature of 300°C.
Electron backscatter diffraction (EBSD) experiments were performed on the same areas for the CR and annealed specimens to allow the direct comparisons of the CR microstructures and annealed microstructures. The experimental results indicate that recrystallization appears at the areas with high angle grain boundaries in the CR states. With the increasing of annealing time and temperature, it is found that the Cube oriented grains which located nearby S oriented grains in the CR FC sample grow after annealing treatment. Therefore, the growth of Cube oriented grains is proved to be associated with their surrounding microstructures. For the WQ sample, grains were found to coarsen after annealing treatment and the recrystallization Cube oriented grains were not detected.

第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 2
2.1 冷軋鋁的微觀組織 2
2.1.1 冷軋延微結構演變 2
2.1.2 應變量(10%-90%) 2
2.2 熱完軋後冷卻速率之影響 4
2.3 集合組織 5
2.4 退火對集合組織的影響 7
2.5 極圖(pole figure) 9
2.6 Euler space 和結晶方位分布函數(orientation distribution function, ODF) 9
2.7 集合組織分析 10
2.8 電子背向散射繞射(EBSD)原理 10
2.9 取向影像顯微術(Orientation Imaging Microscopy, OIM) 10
2.10 回復與再結晶 11
第三章 實驗目的 13
第四章 實驗方法 14
4.1 實驗材料 14
4.2 退火處理 14
4.3 XRD極圖量測 14
4.4 電子背向散射繞射(EBSD)分析 15
4.5 硬度分析 16
第五章 實驗結果 17
5.1 FC與WQ冷軋結構的差異 17
5.2 退火微觀組織的演變 17
5.2.1 微硬度 17
5.2.2 表面型態之微觀結構 18
5.2.3 晶粒尺寸比例分布 19
5.2.4 方向差角變化 19
5.3 退火集合組織的演變 20
5.4 冷軋微結構及相同區域退火後微結構之關聯(ex-situ) 21
第六章 討論 24
6.1 熱軋後經不同冷卻速率的影響 24
6.2 熱軋後冷卻速率對冷軋後之退火集合之影響 25
6.3 退火溫度對微結構的變化 25
第七章 結論 27
參考文獻 28


圖目錄
圖2-1 純鋁經不同冷軋量的手繪示意圖(a) 30%, (b) 50%, (c) 70%,及(d) 90%。 在圖(c)標示A處為S-shape structure；B處為Lamellar boundarys[1] 32
圖2-2 鋁合金在不同應變量下的微結構示意 (a)在低至中應變量下， CBs、DDWs、MBs的微結構。(b)在高應變量下，lamellar boundaries微結構[1] 33
圖2-3 1050商用純鋁經熱軋冷卻後之顯微組織圖(a) FC, (b) WQ[3] 34
圖2-4 1050商用純鋁經冷軋後之高低晶界角度分布圖(a) FC, (b) WQ[2] 34
圖2-5 光學顯微鏡的微結構圖(a) FC試片, (b)WQ試片，退火溫度從200℃~280℃，時間為一小時[2] 35
圖2-6 光學顯微鏡的微結構(a) FC, (b)WQ，在不同的時間下退火240℃[2] 36
圖2-7 FCC在冷軋後的α、β-fiber的尤拉角分布圖[7] 36
圖2-8 變形結構中不同Cube帶狀區域的形貌(a)跟(b)局部應變的Cube帶狀區域，(c)跟(d)轉變帶的Cube帶狀區域；(e)在S方位為基底中的微小Cube 帶狀區域[9] 37
圖2-9 在變形中的Cube帶狀區域跟退火300℃時間1小時的微結構(a)局部應變帶(b~e)剪變帶[9] 38
圖2-10 冷軋AA 5182鋁合金在不同退火溫度及不同退火時間的集合組織演化(a) 260 ℃, (b) 288 ℃,(c) 315℃, and (d) 343 ℃[12] 38
圖2-11 隨著退火時間增加集合組織的演變 (a) as-rolled, (b) 退火 300 s, (c) 退火 1000 s[16] 39
圖2-12 隨著退火時間增加集合組織的演變(a) b-fiber 的強度變化圖; (b) Cube 方位和它的 RD 方位的強度變化圖[16] 39
圖2-13 冷軋及退火後的試片不同集合組織的比例的關係圖：(a) 冷軋完、(b) 試片在543K退火二小時、(c) 試片在573K退火二小時、(d) εvM = 6.4的試片在573K退火，在圖上方的數字代表退火的時間(分鐘)[17] 40
圖2-14 在573K退火二小時試片的集合組織變化 (a) εvM = 3.6 (b) εvM = 6.4.[17] 41
圖2-15 Euler space[19] 41
圖2-16 (a)電子背向散射繞射電子跟菊池線的生成示意圖。(b)由多組菊池線共同組成的電子背向散射繞射示意圖[18] 42
圖2-17 次晶界移動成核示意圖，(a) 初始次晶粒結構，(b) 圖中晶粒大的次晶粒開始向外擴張，併吞周圍小晶粒，(c) 大顆次晶粒晶界 成為高角度晶界，完成成核[23] 42
圖2-18 藉由變形造成高角度晶界移動成核之示意圖[23] 42
圖2-19 藉由應變驅動高角度晶界移動的模擬圖。1、2、3分別代表晶界移動功的階段[23]…………………………………………………………………….48
圖2-20 藉由次晶粒的旋轉粗化成核之示意圖。(a) 粗化前的次晶粒結構，兩方位相近的次晶粒，(b) 其中一個次晶粒旋轉，(c) 轉至兩個次晶粒方位相同，(d)BCD及IHG次晶界移動，達成整個粗化過程[23] 43

圖 5-1 (a)WQ (b) FC的微硬度隨退火溫度變化圖 44
圖 5-2 (a) FC, (b) WQ 冷軋後的TD面ND-IPF圖與高角度晶界分布圖 45
圖 5-3 (a) FC, (b) WQ冷軋後之晶粒尺寸分布圖 46
圖 5-4 (a) FC, (b) WQ冷軋後之方向差角分布圖 46
圖 5-5 FC-CR90% (a)冷軋, (b) (c) 260℃退火一小時和二小時, (d) (e) 280℃退火30分鐘和一小時的微結構(TD面 ND-IPF圖) 47
圖 5-6 FC-CR90% (a)冷軋, (b) (c) 260℃退火一小時和二小時, (d) (e) 280℃退火30分鐘和一小時的高角度晶界分布圖(紅色線代表15°) 48
圖 5-7 WQ-CR90% (a)冷軋完, (b) (c) 280℃退火一小時和二小時的TD面ND-IPF圖 49
圖 5-8 WQ-CR90%(a)冷軋後, (b) (c) 280℃退火一小時和二小時的高角度晶界分布圖(紅色線代表15°) 50
圖 5-9 FC-CR90% (a) 冷軋, (b) (c) 260℃退火一小時和二小時, (d) (e) 280℃退火30分鐘和一小時的晶粒尺寸分布 51
圖 5-10 FC-CR90% (a) 冷軋, (b) (c) 260℃退火一小時和二小時, (d) (e) 280℃退 火30分鐘和一小時的晶粒aspect ratio分布圖 52
圖 5-11 WQ-CR90%(a)冷軋完, (b) (c) 280℃退火一小時和二小時的晶粒尺寸分布 53
圖5-12 WQ-CR90%(a)冷軋完, (b) (c) 280℃退火一小時和二小時的晶粒aspect ratio分布 54
圖5-13 FC-CR90% (a) 冷軋完, (b) (c) 260℃退火一小時和二小時, (d) (e) 280℃退火30分鐘和一小時的方向差角分布圖 55
圖5-14 WQ-CR90%(a)冷軋完, (b) (c) 280℃退火一小時和二小時的方向差角分布 56
圖5-15 FC CR90%試片不同退火條件的{111}、{200}、{220}極圖，(a)冷軋完, (b) 200℃退火, (c) 220℃退火, (d) 240℃退火 57
圖5-16 FC-CR90% 試片(a) Cube RD-rotation(φ1=0，φ2=0), (b) β-fiber(max. density)的變化圖 60
圖5-17 WQ-CR90% 試片不同退火條件的極圖(a)冷軋, (b) 220℃退火, (c) 250℃退火 61
圖5-18 WQ-CR90% 試片(a) Cube RD-rotation(φ1=0，φ2=0), (b) β-fiber(max. density)的變化圖 63
圖5-19 四個主要的集合組織於FC試片中隨退火時間之變化情形 (a) 260℃和(b) 280℃ 64
圖5-20 四個主要的集合組織於WQ試片中在280℃隨退火時間之變化情形 65
圖5-21 FC-CR90%試片之(a)冷軋與(b) 260℃一小時之TD面得到之ND-IPF地圖，(c)冷軋與(d)以260℃一小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f)以260℃退火一小時之極圖 66
圖5-22 FC-CR90%試片之(a)冷軋與(b) 260℃二小時之TD面得到之ND-IPF，(c)冷軋與(d)以260℃退火二小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f)以260℃退火二小時之極圖 67
圖5-23 FC-CR90%試片之(a)冷軋與(b) 280℃半小時之TD面得到之ND-IPF，(c)冷軋與(d)以280℃退火半小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f) 以280℃退火半小時之極圖 68
圖5-24 FC-CR90%試片之(a)冷軋與(b) 280℃一小時之TD面得到之ND-IPF，(c)冷軋與(d)以280℃退火一小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f) 以280℃退火一小時之極圖 69
圖5-25 WQ-CR90%試片(a)冷軋與(b) 280℃一小時之TD面得到之ND-IPF，(c)冷軋與(d) 280℃一小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f) 280℃一小時極圖 70
圖5-26 WQ-CR90%試件之(a)冷軋與(b) 280℃二小時之TD面得到之ND-IPF，(c)冷軋與(d) 以280℃退火二小時之四個主要集合組織分布圖，(e)冷軋與(f) 以280℃退火一小時極圖 71
圖5-27 FC-CR90% 相同位置的微結構圖TD面得到之ND-IPF，(a)剛冷軋完 (b)260℃退火一小時 (c)KAM+HMR (d)再結晶區域(e)KAM+HMR極圖, (f)再結晶極圖 72
圖 5-28 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)260℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結 晶區域 73
圖 5-29 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)260℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域{111}極圖 73
圖5-30 FC-CR90%相同位置TD面得到之ND-IPF(a)剛冷軋完 (b)260℃退火二小時(c) KAM+HMR (d)再結晶區域(e) KAM+HMR極圖, (f)再結晶極圖 74
圖 5-31 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)260℃退火二小時(c)KAM+HMR (d)再結 晶區域 75
圖 5-32 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)260℃退火二小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域{111}極圖 75
圖 5-33 FC-CR90%相同位置TD面得到之ND-IPF (a)剛冷軋完 (b)280℃退火半小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域(e)KAM+HMR極圖, (f)再結晶極圖 76
圖 5-34 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域 77
圖 5-35 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火半小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域{111}極圖 77
圖 5-36 FC-CR90%相同位置TD面得到之ND-IPF (a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域(e)KAM+HMR極圖, (f)再結晶極圖 78
圖 5-37 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域 79
圖 5-38 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域{111}極圖 79
圖5-39 WQ-CR90%相同位置TD面得到之ND-IPF(a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域(e)KAM+H MR極圖, (f)再結晶極圖 80
圖 5-40 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域 81
圖 5-41 黑色區域放大圖(a)剛冷軋完 (b)280℃退火一小時(c)KAM+HMR (d)再結晶區域{111}極圖 81表目錄
表5-1 (a) FC, (b) WQ冷軋試片與經過不同退火溫度熱處理後之幾個主要之集合組織體積分率(單位：%)…………………………………………………....31

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