博碩士論文 973203049 詳細資訊


姓名 楊祐炘(young you)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 超輕鎂鋰合金機械性質研究
(Mechanical Properties of Super Light Magnesium-Lithium Alloy)
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摘要(中) 本研究目的探討超輕鎂鋰合金之顯微組織與機械性質。鎂鋰合金其密度約為1.46g/cm3,又以往之研究結果顯示、鎂鋰合金的強度不是很突出,為了提高Mg-Li合金的強度,添加Sc和Be元素進入Mg-Li合金中。形成LAZ1110、LAZ1110+Be、LAZ1110+Sc及LAZ1110+Be&Sc四種合金。
再利用不同的製程來提升機械性質,如固溶強化與冷加工強化;另一方面配合熱機處理,嘗試獲得微細之晶粒的鎂鋰合金材料,進而達到超塑性。由實驗可以發現到,當鎂鋰合金經過擠製+軋延後,擠製材在軋延90%後其最高強度可達200MPa左右;另一製程經擠製+固溶+軋延後,因為固溶強化與加工強化效果疊加,使得在軋延90%後最高強度可達246Mpa左右,最後,擠製+固溶+軋延時效後,材料於室溫時效下20~40hrs時會有尖峰時效產生,最大抗拉強度約253MPa。
顯微組織方面,由實驗結果可以發現到,四種合金經過固溶處理後皆為單一β相,經過軋延後晶粒被拉長呈現長條狀的晶粒,而隨著軋延率的上升α相也隨著析出。四種合金經過擠製+固溶+軋延後之試片,施以50、100、150、200、250℃×30mins退火處理後,其晶粒隨著溫度上升而增大,但是溫度達250℃時可以觀察到均勻的靜態再結晶之晶粒,尤其是軋延率30%、60%之試片,其晶粒均小於10μm,適合用於超塑性之試驗。當鎂鋰合金置於室溫下,α相的析出會造成強度的下降而有過時效的效果。
摘要(英) This research discusses the microstructures and mechanical properties of a series of super light magnesium-lithium alloys. The density of the Mg-Li alloy is approximately 1.46g/cm3. Previous researches indicate that Mg-Li alloys lack of strength, therefore we wish to increase its strength by adding Sc and Be into the alloy, creating four alloys,LAZ1110, LAZ1110+Be, LAZ1110+Sc, LAZ1110+ Be &Sc,respectively.
And we also use different processes to enhance the mechanical properties, such as solid solution treatment and cold work strengthening. On the other hand, we use thermo mechanical treatment to obtain a refined grain size and attain superplasticity. Experimental results indicate that when the Mg-Li alloy is extruded and rolled, the as-extruded material with 90% rolling reduction can obtain a maximum tensile strength about 200Mpa. Another process is extrusion plus solid solution and then cold rolling. Due to the superimposition effect of solid solution strengthening and cold work strengthening, the material after 90% rolling reduction can obtain a maximum strength of 246Mpa. The last process, the material is extruded, solid solution treated and cold rolled before aged. The material aged under room temperature after 20~40hrs will have peakaging with tensile strength of 253Mpa.
In microstructures, experimental results show that all four alloys possess a single β-phase after solid solution treatment. After rolling the grains are elongated and α-phase will precipitate with increasing rolling percentage. The four alloys’ specimens after extrusion, solid solution and cold rolling were annealed at 50、100、150、200、250℃, respectively, for 30min. Their grain size increases with increasing annealing temperature. When annealing temperature reaches 250℃, uniformed static recrystalled grains can be observed, especially in specimens with 30% and 60% rolling reduction whose grain size is less than 10μm which is suitable for superplasticity tests. When Mg-Li alloys are placed under room temperature α-phase will precipitate resulting in a decrease in strength and overaging.
關鍵字(中) ★ 鎂鋰合金
★ 壓延
★ 晶粒細化
關鍵字(英) ★ Rolling
★ Grain refining
★ Magnesium-Lithium alloy
論文目次 摘要
Abstract………………………………………………………………………I
誌謝……………………………………………………………………………III
目 錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XVI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2研究動機與目的 2
第二章 文獻回顧 7
2.1鎂合金的材料特性 8
2-2合金元素添加對鎂合金性質之影響 10
2-2-1 添加鋰(Li)對鎂合金的影響 10
2-2-2添加鋅 (Zn) 對鎂合金的影響 11
2-2-3 添加鋁 (Al) 對鎂合金的影響 11
2-2-4添加鈧 (Sc) 對鎂合金的影響 12
2-2-5添加鈹 (Be) 對鎂合金的影響 12
2-3 鎂合金規格符號 13
2-4 鎂合金的分類 13
2-5金屬材料再結晶理論 15
2-5-1 冷作加工儲存能 16
2-5-2 儲存能的釋出及再結晶驅動力 16
2-5-3再結晶晶核的形成 17
2-5-4再結晶溫度 18
2-6鎂合金晶粒細化之方法與理論 18
2-6-1鎂合金晶粒細化之影響 18
2-6-2晶粒細化的方法 19
2-7鎂合金的超塑性 19
2-8超輕鎂鋰合金經鑄造、擠製及ECAE等製程達超塑性之相關研究文獻 20
第三章 實驗方法與設備 32
3-1實驗材料 32
3-2 實驗設備 33
3-3 成份分析 34
3-4實驗步驟 34
3-5 滾軋+熱機處理 34
3-6 微結構組織 35
3-6-1 金相觀察(OM)及晶粒大小量測 35
3-6-2 掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 36
3-7 XRD測試 36
3-8 機械性質測試 36
3-8-1 硬度試驗 36
3-8-2 常溫拉伸測試 37
3-8-3高溫拉伸實驗 37
第四章 結果與討論 47
4-1顯微組織觀察 47
4-1-1擠製材之金相 47
4-1-2 擠製、固溶後之金相 48
4-1-3 固溶處理後冷軋之金相組織 49
4-1-4 退火處理後之金相組織 50
4-1-5高溫拉伸後之金相組織 51
4-2 XRD結構分析 52
4-2-1 固溶處理與自然時效後之XRD結構分析 52
4-2-2 固溶處理後冷軋延自然時效之XRD結構分析 53
4-3 硬度測試 54
4-3-1 擠製後經不同固溶溫度與時間下再置於室溫下之時效硬度 54
4-4 常溫拉伸試驗 54
4-4-1 擠製及軋延之機械性質 54
4-4-2 擠製、然後固溶在軋延之機械性質 55
4-4-3固溶後軋延自然時效之機械性質 56
4-4-4固溶軋延後退火之抗拉強度 57
4-5高溫拉伸試驗 57
4-6 SEM破斷面觀察 58
第五章 結論 113
參考文獻 115
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指導教授 李雄(shyong Lee) 審核日期 2010-7-2
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