強制氧化及熱機處理對鎂合金AZ91D固相回收製程之研究

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機械工程學系在職專班

論文名稱

強制氧化及熱機處理對鎂合金AZ91D固相回收製程之研究
(Study on Forced Oxidation and Heat Treatment Against Magnesium Alloy AZ91D Solid State Recycle Process)

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摘要(中)

鎂合金為最輕的結構金屬，因其具有良好的比強度、比剛性、導(散)熱性、制震性、電磁遮蔽性及材料回收性等優異的特性，因而被認為是3C產品機殼及汽車非結構材料的最佳選擇，廣泛應用於各種3C產業、汽車工業與自行車等需結構輕量化的工業上。
鎂合金工業因近年來的蓬勃發展，大量廢料及產品回收的問題日益凸顯，因目前業界所用的液相回收製程有著高污染、高耗能、高成本及高危險性等缺點，因此，開發鎂合金低耗能、低成本且符合世界環保潮流的固相回收製程技術已是刻不容緩；本文係屬鎂合金固相回收製程的研究，主要目的在於探討不同熱處理及熱機處理條件對其機械性質及微結構的影響，並找出鎂合金AZ91D氧化廢料固相回收的最佳製程參數。
本研究採用鎂合金AZ91D之新生屑料，以300℃強制氧化經350噸壓機於室溫壓密為預成形體後，再以350℃擠製溫度擠製成70mm x 10mm的鈑材；研究的結果發現：因強制氧化所造成的氧化層會在擠製過程中碎裂成強化相顆粒，故直接擠製的鈑材與規範相較，其抗拉強度提高24 %(達297.7MPa)，降伏強度提升1倍(達219MPa)，伸長率些微上升(達4.3 %)；擠製鈑材在170℃時效處理的部份，其最佳機械性質的尖峰時效約在16hrs，此時的抗拉強度達382.3MPa，降伏強度達269MPa，伸長率達5.6%；擠製鈑材在不同溫度的退火處理的部份，其機械性質並無明顯的變化，但伸長率由4.3%提升至6.7%，主要原因為塊狀的β相微細化所致；另擠製鈑材在不同熱機處理的部份，其最佳之熱機處理製程參數分別為(1)軋前350℃退火處理+軋後400℃退火處理(其抗拉強度為335.6MPa，降伏強度為233.5MPa，伸長率為8.1%)；(2)軋前415℃均質化處理+軋後350℃退火處理(其抗拉強度為343.4MPa，降伏強度為262.2MPa，伸長率為4.0%)，基於成本與時間的考量，本研究建議AZ91D氧化料固相回收材最佳之熱機處理製程為：軋前350℃退火處理+軋後400℃退火處理。

摘要(英)

Magnesium alloy is a kind of lightest structure metal. As it has strong tensile stress and toughness, good conductivity and vibration absorber, electromagnetic cover and easy material recycling, magnesium alloy could be the best choice for 3C products for Aircraft chamber and automobile non-structure requirement material. It becomes wildly used in 3C manufacturing, automobile industry and bicycle etc. light structural industries.
Recently magnesium alloy developed very fast. Large dumping and product recycle problem becomes outstanding. Since the current recycled liquid state processes applied in the most industries are highly contaminated, highly energy exhausted, highly cost and highly hazardous, it is necessary to develop a low cost and low energy exhausted magnesium alloy recycle technology. The research work is to introduce how the solid-state magnesium alloy could be recycled. Various heat treatment approaches and different heat treatment conditions are selected to investigate into the alloy mechanical property and its microstructure performance. It is expected to find out the best result data to strengthen the magnesium alloy AZ91D solid-state recycle process.
The research work tries to collect many magnesium alloy AZ91D chips and put them into 300oC oxidation temperature to force them deformed into certain shape by mean of a 350 tons press machine. And then it will be shaped into 70mm x 10mm bar under the temperature 350oC.
The research work has reached certain interesting conclusions: As the forced oxidation layer material are crunched into tiny pieces during the press process, the final shaped bar has 24% higher tensile stress (297.7Mpa), 100% increased yield stress (219Mpa) and little increased extension rate (4.3%). When the shaped bar at 170oC tempering heat treatment process, the best mechanical property effect is at about 16hrs, excellent tensile stress 382.3Mpa, best yield stress 269Mpa and high extension rate 5.6%. The bar under various temperature tempering processes, the mechanical property effects vary a little, but extension rate could reach 6.7% from the original 4.3% because of the βparticles being crunched into small pieces. In addition, it is found that the best thermo-mechanical data are (a) 350oC pre-crunched process plus 400oC pro-tempering heat treatment. The tensile stress could reach 335.6Mpa, yield stress 233.5.2Mpa and extension rate 8.1%; (b) 415oC pre-crunch process plus 350oC pro-tempering heat treatment. The tensile stress could reach 343.4Mpa, yield stress 262.2Mpa and extension rate 4.0%. Considering the time and cost, it is suggested that (a) could be the best AZ91D solid-state recycle process.

關鍵字(中)

★ 熱處理
★ 強制氧化
★ 固相回收
★ 鎂合金AZ91D
★ 熱機處理

關鍵字(英)

★ Heat Treatment
★ Forced Oxidation
★ Solid-State Recycle Process
★ Magnesium Alloy AZ91D
★ Thermo-mechanical treatment

論文目次

中文提要i
英文提要ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章緒論
1-1前言 1
1-2研究動機 1
1-3研究目的 2
1-4研究方法 2
1-5研究架構 2
第二章文獻回顧
2-1鎂及鎂合金簡介4
2-2鎂合金的分類 5
2-3添加元素對鎂合金的影響 5
2-4鎂合金的材料特性 7
2-5鎂合金的成型技術 9
2-5-1壓鑄法的介紹 9
2-5-1-1熱室壓鑄法 10
2-5-1-2冷室壓鑄法 10
2-5-1-3壓鑄法的特性 10
2-5-1-4鎂合金壓鑄件常見的缺陷及成因 11
2-6鎂合金的熱處理 12
2-7鎂合金廢料的產生與回收 13
2-7-1鎂合金廢料的處理 14
2-7-2鎂合金廢料的分類 15
2-7-3鎂合金廢料的回收 16
2-7-3-1液相回收法 16
2-7-3-2固相回收法 17
第三章實驗方法與步驟
3-1實驗設備 27
3-2實驗材料 28
3-3實驗模具 28
3-4實驗內容 28
3-4-1固相回收及熱機處理 29
3-4-2機械性質測試 29
3-4-3顯微組織觀察 30
3-5實驗步驟 30
3-5-1固相回收製程 30
3-5-2熱處理製程 31
3-5-2-1退火處理 31
3-5-2-2固溶時效處理 32
3-5-3熱機處理製程 33
第四章結果與討論
4-1鎂合金AZ91D強制氧化料之固相回收 42
4-1-1固相回收之擠製板材 42
4-1-2固相回收擠製板材的機械性質 42
4-1-3固相回收擠製板材的顯微組織 42
4-1-4固相回收擠製板材均質化處理後的機械性質43
4-1-5固相回收擠製板材均質化處理後的顯微組織 43
4-2鎂合金AZ91D強制氧化料固相回收擠製板材之熱處理 43
4-2-1固溶時效處理 43
4-2-1-1擠製板材固溶及時效處理後的機械性質43
4-2-1-2擠製板材固溶及時效處理後的顯微組織 45
4-2-2退火處理 47
4-2-2-1擠製板材退火處理後的機械性質47
4-2-2-2擠製板材退火處理後的顯微組織 47
4-3鎂合金AZ91D強制氧化料固相回收擠製板材之熱機處理 48
4-3-1擠製後輥軋板材於不同軋前的熱處理 48
4-3-1-1擠製後輥軋板材於不同軋前熱處理的機械性質48
4-3-1-2擠製後輥軋板材於不同軋前熱處理的顯微組織 49
4-3-2擠製後輥軋板材於不同熱機處理條件的機械性質 49
4-3-2-1軋前350℃退火其不同熱機處理條件的機械性質 50
4-3-2-2軋前415℃均質化其不同熱機處理條件的機械性質 50
4-3-3擠製後輥軋板材於不同熱機處理條件的顯微組織 51
4-3-3-1軋前350℃退火其不同熱機處理條件的顯微組織 51
4-3-3-2軋前415℃均質化其不同熱機處理條件的顯微組織 51
第五章結論 88
參考文獻 90

參考文獻

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指導教授

李雄(Shyong Lee)

審核日期

2007-7-4

推文