铝合金微观组织

◎
中鋼/中鋁研發處
◎
硬銲鋁片之金相觀察
A
皮材 (4xxx系)
B
犧牲陽極材(5xxx系)
芯材 (3xxx系)
芯材 (3xxx系)
熔點 4343合金：570℃ 3003合金：650℃ 5005合金：640℃
-31◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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均質化之影響
1μm
50μm
-32◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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(3)5xxx系船用鋁板
3. 退火再結晶組織 (Recrystallization)
-12-
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中鋼/中鋁研發處
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1. 均質化處理 (Homogenization)
消除偏析 晶出物球化 二次析出物析出 消除無析出帶 (Precipitate Free Zone)
-13-
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中鋼/中鋁研發處
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均質化處理可消除偏析現象 (5052 Alloy)
-23-
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中鋼/中鋁研發處
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材質受熱後，差排重新排列成次晶粒
差排 (Dislocation) 次晶粒 (Subgrain)
A
B
1μm
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中鋼/中鋁研發處
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次晶粒合併 → 完全再結晶
-25-
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中鋼/中鋁研發處
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再結晶晶核成核位置
晶出物成核
應力最集中之處，易成為 再結晶成核位置。
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Direct Chill(DC)鋁胚之鑄造流程
細晶線添加機
熔化爐
靜置爐
除氣設備 過濾箱 DC澆鑄機
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中鋼/中鋁研發處
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鋁胚 (520 mm t1130 mm w5615 mm l)
-7-
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中鋼/中鋁研發處
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Al-Fe二元相圖
晶出物
(eutectic precipitate、primary precipitate)
鋁胚之金相 退火後之金相
400μm
100μm
200μm
-3-
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中鋼/中鋁研發處
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鋁合金彩色金相之示意圖 (電解腐蝕、偏光顯微鏡)
反射光
入射光
不同之晶粒 方位
-4◎ ◎
此部份被 腐蝕去除
中鋼/中鋁研發處
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CC與DC製程
CC鑄軋機 = 連鑄機 + 熱軋機
上鑄軋輥 鋁融湯 下鑄軋輥
鋁片
-5-
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中鋼/中鋁研發處
鋁胚 均質化
Mg
-14-
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中鋼/中鋁研發處
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均質化處理可促進晶出物球化
As-cast
(3003 Alloy) Homo.620℃x12hrs.
x200
x500
目的：成核位置、改變集合組織、利於深沖加工
-15◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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二次析出物之TEM觀察
(3003合金)
Homo.470℃ Homo.620℃
度 強
腐 蝕 船板特性要求 焊
接
-33-
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中鋼/中鋁研發處
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-34-
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中鋼/中鋁研發處
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層剝腐蝕金相觀察
沿晶腐蝕
-35-
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中鋼/中鋁研發處
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相(腐蝕相)優先析出位置
晶界
熱處理溫度影響
低溫 熱處理 相 相 高溫 熱處理
相大、連續析出
-36-
相小、不連續析出
◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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晶出物
晶界成核
次晶粒整合
-26-
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中鋼/中鋁研發處
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4.案例說明
(1) 3xxx系瓶蓋料
品質需求：細晶組織 成形時表面粗糙 或稱為橘皮(Orange Peel)
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中鋼/中鋁研發處
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入射光
入射光
粗晶組織
細晶組織
-28-
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中鋼/中鋁研發處
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(2)汽車用硬銲鋁片(Brazing Sheet)
鋁合金微觀組織
(加工硬化型合金)
中鋼/中鋁研發處 黃紹煌 蘇俊仁
-1◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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內
容
一、彩色金相照片形成之原因 二、何謂晶出物、二次析出物 三、鋁合金生產製程中之微觀組織 均質化處理 加工硬化 退火再結晶組織 四、案例說明
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中鋼/中鋁研發處
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鋁合金金相照片為何是彩色照片?
Al6Fe
陽極處理後因晶出相電位的 差異產生條紋缺陷(Streak)
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中鋼/中鋁研發處
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二次析出物 (secondary precipitate)
1. 均質化或預熱時所產生 2. 尺寸大小: 一般小於 0.5m
0.5μm
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中鋼/中鋁研發處
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鋁合金生產製造過程
鋁胚 → 均質化處理 → 熱軋 → 冷軋 → 退火 1. 均質化 (Homogenization) 2. 加工硬化差排 (Dislocation)
百度文库
3004-O電子鍋及不沾鍋
酸洗後表面條紋缺陷
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中鋼/中鋁研發處
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低溫均質化
高溫均質化
PFZ
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中鋼/中鋁研發處
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2.加工硬化 差排(Dislocation)
來自軋延加工所導入之應變能所形成 對材質之影響： (a)增加強度 (σ=σ0 + K )
(b)增加再結晶晶核成核位置，有利於細晶
Liq+Al Al 0.04% 1.8% Al+Al3Fe 928K
1. 鑄造時所產生 2. 尺寸大小: 約數十至一百m
Al
AlFe
50μm
-8-
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中鋼/中鋁研發處
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冷卻速率形成不同之晶出物種類
Al3Fe
Al6Fe
-9-
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中鋼/中鋁研發處
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Fir Tree組織 (1100、1050)
Al3Fe
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中鋼/中鋁研發處
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加工硬化差排
低加工量差排
電子顯微鏡觀察
高加工量差排
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中鋼/中鋁研發處
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3. 退火再結晶組織 (Recrystallization)
再結晶驅動力：應變能 + 熱能 步驟：晶核成核→成長(次晶粒、晶粒) 再結晶晶核成核位置：晶出物、晶界、高密度差排
品質需求：粗晶組織
蓋板(三層)
散熱片(單層) 冷卻水管(三層) 輔助板(二層)
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中鋼/中鋁研發處
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硬銲鋁片之構造
皮材 (銲材) (4xxx系)
皮材
皮材
芯材 (3xxx系)
芯材
芯材
皮材
熔點 4343合金：570℃ 3003合金：650℃ 5005合金：640℃
-30◎
犧牲陽極材 (5xxx系、7xxx系)
1μm
影響材質之晶粒、強度、集合組織
-16◎ ◎
中鋼/中鋁研發處
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1100合金二次析出物之TEM觀察
450℃
500℃
550℃
600℃
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中鋼/中鋁研發處
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無析出帶 (Precipitate Free Zone)
不適當的均質化溫度所產生 PFZ 晶出物
x500
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中鋼/中鋁研發處
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