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研究生: 林忠傑
lin chung jack
論文名稱: 冷加工及銲後熱處理對1050鋁合金銲件機械性質影響之研究
The Effect of Cold Working and Post-weld Heat Treatment on the Mechanical Properties of Aluminum Alloy 1050 Weldment
指導教授: 許良明
Xu, Liang-Ming
周長彬
Zhou, Chang-Bin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2000
畢業學年度: 88
語文別: 中文
中文關鍵詞: 冷加工機械性質熱處理
英文關鍵詞: cold working, mechanical properties, heat treatment
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:321下載:13
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  • 摘 要
    由於鋁合金具備重量輕、強度高、易加工及抗腐蝕及氧化等特性,所以在工業界廣泛受到使用,而在各種用途上涉及銲接技術也佔大部分,因銲接引發之問題對鋁材機械性質有關鍵性影響,唯有適當之銲接技術與處理,才能有效改善使銲件品質達到業界之需求。本研究針對工業用純鋁1050鋁合金進行不同程度銲前冷加工處理,再利用惰性鎢極電弧銲接,並以ER4043銲線為填料,進行平頭對接,銲後一部份再實施冷加工及退火熱處理。經由拉伸試驗、微硬度測量、金相顯微組織觀察及SEM(Scanning Electron Microscope)破斷分析,加以探討銲前不同冷加工度、銲後冷加工及銲後熱處理對銲件機械性質和微觀結構之變化。期望藉此研究提供鋁材銲接之應用與參考。
    經實際測試和觀察中發現,1050鋁合金銲前實施冷加工能提高材料的強度與銲接品質,除銲道部位外其餘各部位之強度與硬度均有所提升而伸長率則呈現下降。而實施銲後退火熱處理下對1050鋁合金銲件之機械性質影響不大,而實施銲後冷加工1050鋁合金銲件則銲件母材、熱影響區之抗拉強度、微硬度值均呈現大幅提昇。然而銲件拉伸破斷面經由SEM(Scanning Electron Microscope)觀察,不論歷經何種處理方式銲件之破斷面均呈現延性破壞之現象。

    Abstract
    Because the characteristics of "high strength to weight"ratio, easy formability and good corrosion resistance and oxygen
    resistance, aluminum and its alloys have been applied extensively in industry.Some problems obtained from welding process can heavily influence the mechanic properties of aluminum alloy weldment. The problems can be eliminated only by proper welding skills and post weld treatments.
    The purpose of this research is to study the ability of weld in aluminum alloys weldments under pre-weld cold working and post-weld heat treatment and post-weld cold working. The base metal materials are 1050 aluminum alloys with filler metal of ER4043. A series of experiments including tensile test, microhardness test, optical microscope metallography observation and SEM(Scanning Electron Microscope) were used to determine the relationship among the condition of cold working, weld structure of HAZ(Heat-Affected Zone) and type of heat treatments.
    A series of experiment results and observations indicated that pre-weld cold working can increase the strength and improve the quality of 1050 aluminum alloys. After pre-weld cold working of weldment can reduce their elongation slightly , however, their uitimate tensile strength and microhardness can be enhanced except the fusion zone.And post-weld with 200℃,8 hour heat treatment can not improve the mechanical properties of 1050 aluminum alloys. After post-weld with cold working, 1050 aluminum alloys can greatly enhance its mechanical properties(tensile strength and microhardness)in base metal zone, heat affected zone . The result form SEM(Scanning Electron Microscope) observations indicated that ductile fracture surface occurred in all tensile tested specimen no matter what treatments

    目 錄 第一章 緒 論 第一節 研究背景………………………………..……………….1 第二節 研究動機………………………………………..……….4 第三節 研究問題假設……………………………………..…….5 第四節 研究目的………………………………………..……….5 第五節 研究範圍與限制………………………………..……….6 第六節 名詞定義………………………………………..……….7 第二章 文獻探討 第一節 鋁合金材料…………………………………..………….8 第二節 鋁合金銲接特性………………………………………….16 第三節 鋁合金材料冷加工度和材料機械性質之影響………….21 第四節 TIG 銲接原理及設備簡介……………………………….30 第五節 鋁合金的熱處理…………….…………………...…...42 第三章 實驗方法與步驟 第一節 實驗流程…………………………………………..……43 第二節 實驗材料…………………………………………..……45 第三節 銲接設備與母材配置……………………………..……48 第四節 試片製作…………………………………………..……53 第五節 銲後熱處理……………………………………..………55 第六節 機械性質測試……………………………………..……56 第七節 金相顯微組織之觀察…………………………..……..59 第八節 SEM拉伸破斷分析………………………………..…….60 第四章 結果與討論 第一節 鋁合金之銲接………………………………..………..61 第二節 拉伸試驗………………………………………..……..62 第三節 微硬度試驗………………………………………..……77 第四節 金相顯微組織觀察………………………………..……86 第五節 SEM破斷面觀察與分析…………………………..…….96 第五章 結論與建議 第一節 研究發現………………………………………..………99 第二節 結論……………………………………………..………101 第三節 建議……………………………………………..………103 參考文獻………………………………………………………..…… 104 圖 目 錄 圖2-1 非熱處理型鋁合金銲件銲接軟化機械性質變化曲線……..…18 圖2-2 非熱處理型鋁合金加工硬化曲線圖……………………..……22 圖2-3 可熱處理型鋁合金加工硬化曲線圖…………………..………23 圖2-4 鋁之冷加工程度與硬度強度及伸長量之關係圖………..……25 圖2-5 恢復-再結晶-晶粒成長示意圖…………………………..……26 圖2-6 退火對經過冷作的金屬性質的影響-冷作及回復後…..…….27 圖2-7 退火對經過冷作的金屬性質的影響-再結晶後………..…….28 圖2-8 退火對經過冷作的金屬性質的影響-晶粒成長後………..….29 圖2-9 TIG的銲接原理………………………………………..……….31 圖2-10 TIG銲接設備圖………………………………………..……..32 圖2-11 TIG定電流式電銲機電源特性曲線圖…………………..…..33 圖2-12 TIG電源機電流極性比較圖……………………………..…..34 圖2-13 直流電極負 (DCSP) 接線圖……………………………..….35 圖2-14 直流電極正 (DCRP) 接線圖……………………………..….36 圖2-15 TIG銲炬剖面圖…………………………………………..…..37 圖3-1 研究流程…………………………………………………..…….44 圖3-2 鋁合金銲件對接尺寸示意圖……………………………..…….43 圖3-3 輥軋加工機………………………………………………..…….47 圖3-4 氣體鎢極電弧銲電源機圖…………………………………..….48 圖3-5 TIG銲接自動送線機圖…………………………………..…….49 圖3-6 TIG銲接自動走銲台………………………………………..….49 圖3-7 銲接夾具及襯墊…………………………………………..…….50 圖3-8 銲接完成之銲件實物圖…………………………………..…….52 圖3-9 試片裁取示意圖…………………………………………..…….53 圖3-10 拉伸試片尺寸規格圖…………………………………………..54 圖3-11 加工完成之拉伸試片實物圖…………………………..……..54 圖3-12 高溫熱處理爐圖………………………………………..……..55 圖3-13 冷鑲埋流程製作圖………………………………………..…..56 圖3-14 Vickers 微硬度機圖…………………………………………….57 圖3-15 萬能試驗機圖……………………………………………..…..58 圖3-16 光學顯微鏡圖……………………………………………..…..59 圖3-17 掃瞄式電子顯微鏡圖…………………………………..……..60 圖4-1 銲前不同冷加工度未銲後熱處理之拉伸完成試片照相圖..….66 圖4-2 銲前不同冷加工度及銲後熱處理之拉伸完成試片照相圖..….66 圖4-3 銲後不同冷加工度未銲後熱處理之拉伸完成試片照相圖…….67 圖4-4 銲後不同冷加工度及銲後熱處理之拉伸完成試片照相圖…….67 圖4-5銲前不同冷加工度之(N1-N4) 試片機械性質比較圖……….….68 圖4-6銲前不同冷加工度及銲後熱處理性質比較圖之(N1A-N4A)試 片機械性質比較圖…………………………………….………...68 圖4-7銲後不同冷加工度之(C1- C4)試片機械性質比較圖……….....69 圖4-8銲後不同冷加工度及銲後熱處理性質比較圖之(C1A- C4A)試 片機械性質比較圖…………………………………….………...69 圖4-9不同加工處理方式之冷加工度0%試片機械性質比較圖……....70 圖4-10不同加工處理方式之冷加工度25%試片機械性質比較圖……..70 圖4-11不同加工處理方式之冷加工度50%試片機械性質比較圖…....71 圖4-12不同加工處理方式之冷加工度75%試片機械性質比較圖……..71 圖4-13銲前不同冷加工度未實施銲後熱處理試片對銲件極限強度 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….…….….…72 圖4-14銲前不同冷加工度未實施銲後熱處理試片對銲件伸長量 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….………..…72 圖4-15銲前不同冷加工度及實施銲後熱處理試片對銲件極限強度 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….…….….…73 圖4-16銲前不同冷加工度及實施銲後熱處理試片對銲件伸長量 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….…….….…73 圖4-17銲後不同冷加工度未實施銲後熱處理試片對銲件極限強度 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….…….….…74 圖4-18銲後不同冷加工度未實施銲後熱處理試片對銲件伸長量 影響比較及增加趨勢圖……………….………………..…….…74 圖4-19銲後不同冷加工度及實施銲後熱處理試片對銲件極限強度 影響比較及增加趨勢圖……………….…………….…….….…75 圖4-20銲後不同冷加工度及實施銲後熱處理試片對銲件伸長量 影響比較及增加趨勢圖……………….………………..…….…75 圖4-21未經銲後熱處理試片拉伸試驗曲線圖……….…………...….76 圖4-22 經銲後熱處理試片拉伸試驗曲線圖……………….……..…..76 圖4-23銲前不同冷加工度之(N1-N4)試片微硬度值比較圖..……..… 81 圖4-24銲前不同冷加工度(N1-N4)試片之冷加工度與熱影響區之 關係圖……………….…………………………………...…...81 圖4-25銲前不同冷加工度及銲後熱處理(N1A-N4A)試片微硬度值 比較圖…………………………………………………….…....82 圖4-26銲前不同冷加工度及銲後熱處理(N1A-N4A)試片之冷加 工度與熱影響區之關係圖.…………………………….….....82 圖4-27銲後不同冷加工度之(C1-C4)試片微硬度值比較圖……….….83 圖4-28銲後不同冷加工度及銲後熱處理(C1A-C4A)試片微硬度值 比較圖…..……………………………………….……….…...83 圖4-29不同加工處理方式之冷加工度0%試片微硬度值比較圖.…....84 圖4-30不同加工處理方式之冷加工度50%試片微硬度值比較圖……..84 圖4-31銲前不同冷加工度未實施銲後熱處理試片對母材微硬度 影響比較及增加趨勢圖 …………………………………….….85 圖4-32銲前不同冷加工度及實施銲後熱處理試片對母材微硬度 影響比較及增加趨勢圖 ………………………………………..85 圖4-33銲前冷加工度0%未經銲後熱處理(N1)銲件之金相組織圖 ….90 圖4-34銲前冷加工度25%未經銲後熱處理(N2)銲件之金相組織圖 ..90 圖4-35銲前冷加工度50%未經銲後熱處理(N3)銲件之金相組織圖 ..91 圖4-36銲前冷加工度75%未經銲後熱處理(N4)銲件之金相組織圖...91 圖4-37銲前冷加工度0%及經銲後熱處理(N1A)銲件之金相組織圖...92 圖4-38銲前冷加工度25%及經銲後熱處理(N2A)銲件之金相組織圖..92 圖4-39銲前冷加工度50%及經銲後熱處理(N3A)銲件之金相組織圖..93 圖4-40銲前冷加工度75%及經銲後熱處理(N4A)銲件之金相組織圖..93 圖4-41銲後冷加工度0%未經銲後熱處理(C1)銲件之金相組織圖 ...94 圖4-42銲後冷加工度50%未經銲後熱處理(C3)銲件之金相組織圖...94 圖4-43銲後冷加工度25%及經銲後熱處理(C2A)銲件之金相組織圖..95 圖4-44銲後冷加工度75%及經銲後熱處理(C4A)銲件之金相組織圖..95 圖4-45銲前冷加工0%未經銲後熱處理試片之破斷面圖(1000x).…..97 圖4-46銲前冷加工50%未經銲後熱處理試片之破斷面圖(1000x)....97 圖4-47銲後冷加工0%未經銲後熱處理試片之破斷面圖(1000x).…..98 圖4-48銲後冷加工50%未經銲後熱處理試片之破斷面圖(1000x)....98 表 目 錄 表2-1 鋁及其合金……………………………………………………….9 表2-2 鍛鍊用鋁合金之編號表…………………………………..…… 10 表2-3 鋁合金加工與熱處理條件記號表………………………..…….11 表2-4 鑄造用鋁合金之編號………………………………………..….12 表2-5 鍛造用1XXX系列鋁及其合金化學成分(%)表……………....14 表2-6 鋁的機械性質…………………………………………………….14 表2-7 常用填料金屬成分表(%)………………………………..……..15 表2-8 鋁合金材料銲接性分類表……………………………..……….20 表2-9 常用金屬再結晶溫度表………………………………..……….25 表2-10 TIG 銲炬型式分類表…………………………………..……..38 表2-11 鎢棒尺寸與銲接電流容許範圍表……………………………...39 表2-12 保護氣體之物理性……………………………………..……...40 表3-1 鍛造用相關1XXX系列鋁及其合金化學成分(%)…………..45 表3-2 常用填料金屬成分表……………………………………..……..46 表3-3 冷加工實驗前試片斷面厚度表………………………..………..46 表3-4 較佳焊接參數選用表……………………………………………..51 表3-5 銲件熱處理條件設計一覽表………………………..…………..55 表4-1 銲件機械性質數據表……………………..………..…………..65 表4-2 1050鋁合金不同冷加工度之母材微硬度測試值數據表………..80

    參 考 文 獻
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