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1、中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會文集 中華民國九十三十一月二十日、二十七日 國中山大學 高雄臺灣 同熱間擠製比下之鎂合矩形管之成形性探討 同熱間擠製比下之鎂合矩形管之成形性探討 向四海 楊馥源 國台灣科技大學機械系 國科會計畫編號：NSC-92-2212-E011-037 摘要 摘要 在鎂合板材之熱間擠製加工過程中，由於擠製比較高(擠製比為 35.9)，需要採用多段變速之方法，才能夠獲得成品外觀好之板材。而本文採用鎂合矩形管材之熱間擠製加工，其擠製比較低(擠製比分別為 12.56、8.64 及 6.7)，可以採用固定速之方法進擠製加工。 經各項實驗結果，本文建議在鎂合矩形管材擠製時宜採
2、用固定速之方法，並配合本文所求得之最佳進擠製加工，即能夠獲得品質好之成品。 關鍵詞：熱間擠製、固定速方法、擠製比、鎂合、矩形管。 1. 前言 1. 前言 前大部分的鎂合構件，大是使用壓鑄法或者是半固態成形法生產，而使用壓鑄法或是半固態成形法會使得鎂合之機械性質低【1】 ，而現階段鎂合固態成形方法中，較常使用者為鍛造成形、擠製成形等。 有鑑於此，本文中使用 AZ61B 之鎂合材，並以三組組合模具進熱間擠製成形之實驗，其實驗擠錠、模具與成品圖如圖 1 所示。先實驗同擠製比在固定速方法下之可成形性，再探討各項對擠製過程之影響，以及分析各項對成品的機械性質之關性，並尋求最佳的擠製加工條件。 2. 實驗
3、方法實驗方法 先根據以往有關的熱間擠製加工考文獻【2】【3】 【4】發現對於同的胚加熱溫、擠製速的同會影響鎂合管材之成形性，過因為模具的同，一些並能完全適用於本文之實驗，因此先用試誤法進熱間擠製實驗，找出可以順成形的製程。 1、擠製溫之選取 經實驗後找出對擠製比為 12.56（管厚 2.5 mm）之鎂合矩形管實驗擠製溫為 320 到 400 （每隔 10 做一次擠製試驗） 後 ， 而對擠製比為 8.64（管厚 3.75 mm） 、6.7（管厚 5 mm）之鎂合矩形管僅實施擠製溫為 330、350、380、400之實驗。 2、擠製定速之選取 鎂合矩形管擠製經實驗後發現，定速取 2 mm/sec
4、為較佳，因為使用定速 2 mm/sec 擠製時，擠製突破貫穿壓較平順，且成品外觀完整。定速為 2.5 mm/sec 或 3 mm/sec 時，擠製突破貫穿壓維持時間較久，而且有擠錠溫下及擠速快造成之填滿完全問題。定速為 2 mm/sec 以下時，由於擠錠在盛錠筒等待擠製的空程時間及突破貫穿壓維持時間較久，進而使擠錠在這段時間所失的熱過多，擠製成形。 3、擠製潤劑之選取 潤劑可塗滿整個模穴，有助於提升材之動性，進而低擠製負荷。考周村憲文【4】中的的 AZ31 鎂合之擠製負荷因子效果圖，實驗之潤劑有:石墨、氮化硼、二化鉬。二化鉬為最有效低擠製負荷者，而石墨稍差，但是石墨在矩形管組合模擠製後，具有使
5、殘容脫膜，於分開組合模保養的功能，故選擇潤劑為石墨。 1中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會文集 中華民國九十三十一月二十日、二十七日 國中山大學 高雄臺灣 3. 結果與討結果與討 對於在組合模具內進鎂合矩形管擠製時，可採用定速使矩形管成形，以大生產。而使用定速的選擇原則，在於擠製比高低與擠製溫的影響。擠製比高（達到 35.9 以上時） ，使用固定速之方法進擠製，則會因貫穿壓維持太久的時間而導致板材產生嚴重的缺陷，直接影響到擠製成功與否。而本文實驗之擠製比為 12.56、8.64、6.7 三種，較周村憲【4】的板材擠製比 35.9 為低很多，經試誤法實驗後發現，在擠製溫為 320到 400
6、之間，定速2 mm/sec 擠製時，突破貫穿壓較平順，且成品外觀完整，其擠製成品如圖 2 所示。 而在先期試擠實驗時發現，擠製溫於 310時，突破貫穿壓時間維持太久，擠製負荷將超出擠製機的極限，擠錠只有約 10cm 擠出，其擠製半成品如圖 3 所示。在擠製溫約 360以上時，可以調高定速為 2.5 mm/sec 或 3 mm/sec(但是速快時，突破貫穿壓維持時間較久，需注意其維持時間的胚溫下及擠速快造成之填滿完全問題【5】)。而在擠製定速為 2 mm/sec 以下時，由於擠錠在盛錠筒等待擠製的時間（擠製時，油壓缸開始推動壓餅到接觸擠錠的空程時間）過長，進而促成擠錠在這段時間所失的熱過多，擠製
7、成形。 3.1 擠製結果分析擠製結果分析 1、 擠製負荷分析 在擠製加工中，為減少機器與模具之磨損，因此擠製負荷越小越好。本文將擠製比為 12.56（管厚2.5 mm） 、8.64（管厚 3.75 mm） 、6.7（管厚 5 mm）之三組鎂合矩形管擠製實驗所得之最大擠製負荷做整，可得到擠製負荷實驗據表如表 1、表 2 及表 3 所示。 由圖表分析的結果可以得知，同擠製比之下，擠製溫越高，最大擠製負荷越低。而拿三組同擠製比之模具比較時，發現同擠製溫之下，擠製比越大，最大擠製負荷越高，如圖 8 所示。 2、抗強分析 擠製加工後之成品，我們希望其抗強越高越好。本文將擠製比為 12.56（管厚 2.5
8、 mm） 、8.64（管厚 3.75 mm） 、6.7（管厚 5 mm）之三組鎂合矩形管擠製實驗所得之平均抗強做整，可得到抗強實驗據表如表 4、表 5 及表 6 所示。而未擠製前胚製成之 CNS 4 號試棒如圖 4 所示。 由圖表分析的結果可以得知，在相同擠製比下，擠製溫越低，抗強越高。而在相同擠製溫下，擠製比越大，抗強越高，如圖 9 所示。而未擠製前之胚製成 CNS 4 號試棒伸後，其抗強為 230.21MPa。由此可以證明，胚經熱間擠製後，其抗強有明顯的提高。 3.2 顯微組織之觀察顯微組織之觀察 由某些研究文【6】 【7】中，我們可以發現晶的細化有助於強的增加，由此可知晶細化可同時改善鎂
9、合的室溫成形性以及其機械性質，因此鎂合材經由熱間擠製後，可獲得好的機械性質，而在觀察本文所做之實驗成品之顯微組織圖，可以發現擠製溫越低，晶越細，而且擠製比越大，晶大小均勻程越高。 1、相顯微組織分析 AZ61 胚未擠製前之相顯微組織如圖 5 所示，而由圖 5 可以看出未擠製前胚之晶大小均勻，而且晶之分佈也相當分散。圖 6 為 AZ61 矩形管擠製比為 12.56(管厚 2.5mm)，擠製溫 330之顯微組織圖，而由圖 6 可以看出擠製溫 330之平均晶大小較未擠製前細小，而且晶之分佈也相當均勻。圖 7 為 AZ61 矩形管擠製比為 6.7 (管厚 5mm)，擠製溫 330之顯微組織圖，而由圖
10、7 可以看出擠製溫 330之平均晶大小較圖 6 為大，而且晶之分佈也較圖 6 為差。 2、晶細化與抗強的影響探討 在分析實驗結果後得知，鎂合成品擠製溫越低，晶越細，而擠製比越大，晶大小均勻程越高，造成抗強的提高。而一般而言，晶粗大的鎂合在常溫下的破壞多屬沿晶破，但是當晶細化後，可以低差排堆積於晶界造成的應集中，有效抑制沿晶破壞，轉而變為延性穿晶破壞【8】 。 由本文之顯微組織圖可以發現愈低的擠製溫可以獲得愈小的晶尺寸 ， 根據 Hall-Petch Relation（1 式）【6】 可知較細小之晶能使得材強提高，因此我們難發現為何在320的擠製溫下可獲得較佳的抗強。 2中國機械工程學會第二十一
11、屆全國學術研討會文集 中華民國九十三十一月二十日、二十七日 國中山大學 高雄臺灣 0=i+kD-1/2（1） 其中0：伏應 i：晶格的全部摩擦阻抗 K：鎖定 D：平均晶直徑 鎂合經由熱間擠製後會發生再結晶，溫越高則發生再結晶的時間越長晶會變的粗大，所以在較低的擠製溫下，可縮短再結晶發生的時間，而且在較低溫下晶間較產生動，晶容變形，提升擠製的混效果【3】 。 4. 結結 1.對於擠製比為 12.56、8.64 及 6.7 之鎂合矩形管擠製，可使用定速為 2 mm/sec 的方法即可使之成形。擠製時，擠製負荷曲線較平順，突破貫穿壓時間較短，且成品外觀完整，且無填滿完全之問題，矩形管擠製能夠順成形。
12、 2.由實驗結果得知，影響 AZ61 矩形管擠製負荷及抗強最重要因素為胚溫。 3.觀察擠製完成之相顯微組織可發現，相同擠製比下，擠製溫越高，晶越大。相同擠製溫下，擠製比越大，晶平均大小及分佈均勻越佳。 4.擠製溫 320與擠製比 12.56 時，擠製成品可獲得較小的晶尺寸，且晶分佈最均勻。 5.晶細化可提高鎂合之抗強。 6.本文擠製實驗中胚溫為320400 ， 雖然400雖可順成形鎂合矩形管，可是其成品表面高溫氧化情形嚴重，且抗強為最低，後續表面處困難。 7.矩形管擠製溫從 320到 400做全區域試驗，實驗之潤劑為石墨，盛錠筒溫為 350，最佳擠製溫為 320。但進其他構件之擠製，仍須考慮擠
13、製比，以防止擠製溫為 320時，突破貫穿壓時間太久，造成構件破。 謝誌謝誌 本文承蒙政院國家科學委員會專題研究計畫（計畫編號：NSC-92-2212-E011-037）補助始得以完成，特此致謝。 考文獻 考文獻 1.N.Ogawa,M. Shiomi, K. Osakada, “Forming limit of magnesium alloy at elevated temperatures for precision forging” , International Journal of Machine Tools & Manufacture 42 ,2002 ,pp.607614. 2.郭
14、哲，“鎂合薄板之熱間擠製加工之分析，國台灣科技大學碩士文，民國 90 。 3.黃柏清，“鎂合管材之熱間擠製加工之探討，國台灣科技大學碩士文，民國 91 。 4.周村憲， “鎂合板材於錐模中之熱間擠製”，國台灣科技大學碩士文，民國 92 。 5.昇，“塑性加工學”，新科技書局，民國 81 。 6.G.E.Dieter“MechanicalMetallurgy”McGraw -Hill Book Company, 1988. 7.王建義、歐家銘等，“鎂合之晶微細化研究，工業材 174 期，民國 90 6 月，127-133頁。 8.T. Mohri, M. Mabuchi, N. Saito, M
15、. Nakamura, “Microstructure and Properties of a Mg-4Y-3RE Alloy Processed by Thermo-mechanical Treatment, Mater. Sci. Eng., A257, 1998, pp.287-294. 9.曾寶貞譯，“壓鑄用鎂合的特性與動向，工業材 156 期，民國 88 12 月，pp.153-159。 表 1 AZ61 擠製比 12.56 矩形管之擠製負荷據表 實驗編號盛錠筒溫()胚溫() 主缸 速(mm/s) 潤劑 最大負荷(ton) 1 350320 2 石墨 488.89632 350330 2 石墨 481.57483 350340 2 石墨 475.48394 350350 2 石墨 469.78235 3
