析出型AZ91镁合金低温超塑性之研究-国立中山大学.PDF

第一章 研究背景與方向 1.1 超塑性材料之基本性質 超塑性 （Superplasticity）首先在科學領域被討論是在 1912 年，超塑性被定義 成材料有很大的拉伸應變[1] 。經過最近幾年的研究與發展，也陸續發現在陶瓷， 介金屬化合物，及複合材料都有超塑性行為[2][3] 。在工業界，使用超塑性主要的 目的是開發一體成形的製程，降低加工回彈 （spring back ）現象 ，以及減少物件因 銲接產生應力集中所造成的問題，希望能降低成本提高產能。 就力學觀點而言，超塑性材料有一共同特性，在拉伸變形時，它的應變速率 敏感值（strain rate sensitivity, m）大部分是較高的。若以數學公式來表示材料的性 質，即所謂的 constitutive equations ，我們最常用的公式為power law ： m s K e （1） 式中為應力，e 為應變速率， K 是與溫度及材料本身有關的常數；而 m 之定義 為： ln s e ds m （2 ） ln e s de 材料若發生理想的牛頓黏滯行為（ideal Newtonian viscous behavior ），則其m＝1 ， 如熔融玻璃。一般金屬與合金，在室溫時 m 值小於 0.1 ，而典型超塑性材料，在其 超塑條件下，其 m 值大於 0.3 。在大部分超塑性材料成形時，通常會有以下所需具 備的條件[4][5] ： （1）小且穩定的晶粒結構，一般是低於 10 m ，變形後能維持細小且等軸晶粒； （2 ）較高的拉伸溫度 ，大約是0.8 T （T 為溶點溫度）左右，因為超塑性變形是 m m 1 一個與擴散控制有關的過程 （diffusion-controlled process ）。在高溫形變時， 為維持細晶粒結構，通常需要第二相的幫助。因此早期超塑性材料多為共析 或共晶合金，而目前則較多研究現有的商用合金，利用第二相顆粒的析出抑 制晶粒成長。 -4 -3 - 1 （3 ）較低的應變速率，一般是低於 10 - 10 s 左右。 對於影響超塑性材料因素一般可分為 ： （1）晶粒大小與彼此角度的差異，即晶界滑移 （grain boundary sliding ）的能力。 （2 ）應力與應變速率的關係，即應變速率敏感值（m 值）大小。 （3 ）應力大小與應變的關係 。 （4 ）晶粒成長的趨勢。 （5 ）裂洞產生的趨勢。 1.2 超塑性材料之簡介 超塑性的種類通常包括 ：（1 ）細晶粒超塑性 （fine-structure superplasticity, FSS ）；（2 ）內應力超塑性 （internal-stress superplasticity, ISS ）；（3 ）高應變速率超 塑性 （high-strain-rate superplasticity, HRSP ）或低溫超塑性 (low temperature superplasticity, LTSP ) ；（4 ）其他機構。 1.2.1 細晶粒超塑性 就一般超塑性材料的變形機構而言，尚無一完整理論解釋已觀察到所有超塑 性變形行為。早期對變形機構之提出，主要分為三類[6] ： (1) 利用擴散流 （diffusional flow, Coble creep ）。 2 (2) 晶界滑移伴隨擴散流為補償機構 （Ashby-Verral）。 (3) 晶界滑移伴隨差排滑移為補償機構 。 一般接受的構想是晶界滑移伴隨