本研究針對熱擠製後的鎂合金，在不同變形條件下的超塑變形後，其發生裂孔化的程度與裂孔成長機構進行分析討論，以期望將來在鎂合金超塑成型方面能提供正面幫助。實驗上，使用半連續鑄造的AZ31鎂合金，經過一次高擠型比的熱機處理，使晶粒藉由動態再結晶，從起始晶粒的70 mm細化到2~5 mm。經過熱機處理後的鎂合金，在室溫具有30~50%延展性，而抗拉強度也提高到330~340 MPa，在300oC以1x10-2 s-1下具有能達到1000%的良好高速超塑性，與200oC，以6x10-4 s-1下具有能達600%良好低溫超塑性，在超塑變形過程中，具有良好的塑性等向性。在超塑性變形過中，應變誘發晶粒成長與動態再結晶達成一穩動定動態平衡，使晶粒在不同變形條件下達到某一穩定晶粒大小。其變形過程中的主導之變形機構，應是晶界滑移。

相同應變速率下比較，400oC的變形，其裂孔化程度之裂孔體積分率較300oC嚴重。在1x10-2 s-1下變形，由於較高流應力，以及裂孔較不易得到良好補償機制，使之比6x10-4 s-1下變形容易成核。不論在何種變形條件下，從應變開始至破裂，直徑小於2 mm的小裂孔，其數量一直約佔整體50~70%，而這些小裂孔的成長機構，分析是擴散機構所主導。對於6x10-4 s-1變形，對於裂孔尺寸最大前20個，在300oC時，在應變1.2左右之前，其成長機構分析是超塑性擴散成長機構主導，之後應變由塑性機構所主導，在400oC時，在應變0.7左右之前，其成長機構由超塑性擴散所主導，之後緩慢轉移至塑性機構。對於1x10-2 s-1變形，300oC和400oC下，對於最大前20個裂孔，其成長機構都是由塑性機構所主導。

none

目錄...........................................I
表索引........................................IV
圖索引.........................................V
論文摘要.......................................Ⅶ
第一章 研究背景與方向........................1
1.1 超塑性材料的基本性質......................1
1.2 鎂合金的發展與應用........................3
1.3 鎂合金超塑性發展..........................4
1.3.1 晶粒細化的處理方式......................4
1.3.1.1 壓延法................................4
1.3.1.2 擠型法................................5
1.3.1.3 等徑轉角擠型法........................6
1.3.1.4 雙重擠製法與往復式擠型................7
1.3.1.5 粉末法................................7
1.3.1.6 快速凝固法............................8
1.4 裂孔化....................................8
1.4.1 裂孔成核................................8
1.4.2 裂孔成長...............................10
1.4.2.1 擴散控制成長.........................10
1.4.2.2 塑性控制成長.........................11
1.4.2.3 超塑性擴散成長機構...................13
1.4.2.4 裂孔的成長地圖.......................15
1.4.3 裂孔聯合...............................17
1.5 影響裂孔化的因素.........................19
1.5.1 材料的內在本質因素.....................19
1.5.1.1 二次相...............................19
1.5.1.2 晶粒大小與形狀.......................19
1.5.1.3 晶界特性.............................20
1.5.1.4 液態相的存在.........................21
1.5.2 外在的環境因素.........................21
1.5.2.1 靜液壓的影響.........................21
1.5.2.2 溫度與應變速率.......................22
1.6 實驗的目的...............................22
第二章 實驗方法.............................24
2.1 實驗材料.................................24
2.2 超塑性材料的製備.........................24
2.2.1 熱擠型製程.............................24
2.3 實驗流程.................................26
2.4 機械性質測試.............................26
2.5 微觀組織.................................27
2.5.1 裂孔化的觀察...........................28
2.5.1.1 樣本腐蝕前...........................28
2.5.1.2 樣本腐蝕後...........................28
2.6 影像分析.................................29
2.6.1 影像處理...............................29
2.6.2 裂孔的體積分率.........................29
2.6.3 裂孔的大小尺寸分佈.....................30
2.7 m值的量測................................30
第三章 實驗成果.............................31
3.1 擠型後的微觀組織.........................31
3.2 機械性質測試結果.........................31
3.2.1 室溫的拉伸性質.........................31
3.2.2 在200oC到450oC之超塑性行為...........32
3.2.3 不同應變狀態下之特徵.................33
3.2.3.1 低應變速率的變形條件下...............33
3.2.3.2 高應變速率的變形條件下...............34
3.2.4 塑性異向性.............................34
3.2.5 不同變形條件下的截面積縮減率...........35
3.3 應變速率敏感係數測試結果.................35
3.4 SEM觀察結果..............................36
3.5 裂孔化的觀察.............................38
3.5.1 試片腐蝕前.............................39
3.5.1.1 裂孔的體積分率.......................39
3.5.1.2 裂孔的尺寸分佈.......................39
3.5.1.3 裂孔的數量變化.......................40
3.5.1.4 裂孔的長短軸比與拉伸軸之夾角.........41
3.5.1.5 破斷端之裂孔化情形...................41
3.5.2 試片腐蝕後.............................42
3.5.2.1 晶粒大小變化與成長非等向性...........42
3.5.2.2 裂孔形成位置.........................43
第四章 實驗討論.............................44
4.1 棒狀與板狀試片之差異探討.................44
4.1.1 擠製後的晶粒差異.......................44
4.1.2 降伏應力的差異.........................45
4.1.3 超塑性行為的差異.......................45
4.1.4 影響棒材與板材之應變速率的探討.........47
4.2 不同溫度與應變速率之塑性異向性差異探討...48
4.3 晶粒成長趨緩原因之探討...................49
4.3.1 超塑性應變誘發晶粒成長.................49
4.3.2 熱變形下之動態再結晶...................50
4.3.3 晶粒成長與動態再結晶之動態平衡.........51
4.4 裂孔成長機構分析.........................52
4.4.1 理論分析...............................52
4.4.1.1 擴散成長機構之理論分析...............53
4.4.1.2 塑性成長機構之理論分析...............53
4.4.1.3 超塑性擴散機構之理論分析.............54
4.4.2 裂孔直徑小於2 um.......................55
4.4.3 最大前20個裂孔.........................55
4.4.3.1 在300oC，以6x10-4 s-1變形............55
4.4.3.2 在400oC，以6x10-4 s-1變形............56
4.4.3.3 以1x10-2 s-1，在300oC與400oC之變形...57
4.4.3.4 總結裂孔成長機構分析.................57
4.5 影響裂孔化程度之因素探討.................58
4.5.1 溫度之影響.............................58
4.5.2 應變速率之影響.........................59
4.6 裂孔研究於工程上的應用...................60
4.6.1 AZ31鎂合金應變至1.1時之裂孔發展情形....60
4.6.2 鎂合金與鋁合金之裂孔比較...............60
4.6.2.1 鎂合金與鋁合金隨著應變變化之裂孔比較.61
4.6.2.2 應變至1.1時之鎂合金與數種鋁合金比較..62
4.7 未來努力方向.............................62
第五章 結論..................................64
參考文獻......................................66
表.........................................70-86
圖........................................87-144
附錄......................................A1-A11

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