學位論文
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Item 銅合金與鋁合金異質摩擦攪拌銲接之接合特性研究(2023) 王聖寶; Wang, Sheng-Pao本研究應用摩擦攪拌銲接製程於 CuZn35黃銅同質對接、 CuZn35黃銅與 6061-T6鋁合金，及C1100純銅與 6061-T6鋁合金接合之研究，攪拌工具皆使用鎢鋼材質，探討不同的進給與轉速配合下，對於銲接件接合特性之影響。為了分析異質接合之品質，本研究也針對轉速對溫度變化造成之影響進行監測。黃銅同質摩擦攪拌銲接部分，本研究將攪拌棒設定在中心位置，轉速700 rpm、進給速率50 mm/min的條件下，可成功接合，且銲道無缺陷，在攪拌區因晶粒細化使得硬度提高，銲件之抗拉強度與延伸率達到母材之90%以上%。在黃銅及鋁合金之異質對接中，使用偏移量0至1 mm，並使用0至3度傾斜角進行銲接，實驗結果顯示偏移量設定在偏鋁側1 mm，於轉速設定900 rpm、進給速率設定為 30 mm/min，且在傾斜角為3度的條件下可有效接合，沒有缺陷產生，在攪拌區發現鋁銅化合物產生，使得硬度提高，但銲件接合強度不佳，最高抗拉強度約80 MPa 左右，拉伸破壞位置均位於接合界面。在純銅及鋁合金之異質接合中，使用偏移量1 mm，傾斜角1.5度進行銲接，當轉速設定在1700、1800及1900 rpm、進給速率控制在30 mm/min之條件下可達成銲道無缺陷的接合。轉速在1700及1800 rpm時攪拌區觀察到鋁銅化合物生成，硬度增加，但拉伸性質不佳，當轉速提高到1900 rpm時，鋁銅化合物減少，使得銲件的拉伸性質獲得改善。Item AA7075鋁合金與Ti-6Al-4V合金摩擦攪拌銲接微觀組織與機械性質研究(2021) 鄭元愷; Cheng, Yuan-Kai本研究選用Ti-6Al-4V合金與AA7075合金，以FSW進行AA7075/ AA7075、AA7075/ Ti-6Al-4V 同質與異質的接合。找出合適的銲接參數後，對同質銲件施以T6銲後熱處理，比較T6銲後熱處理對機械性質之影響，並對各組銲接條件進行機械性質、微觀組織與電化學抗腐蝕性探討。在AA7075/ AA7075同質FSW研究結果顯示，以圓錐攪拌銷可以成功接合的條件需以較高熱量輸入，接合後攪拌區因動態再結晶而產生晶粒細化，而熱影響區則有晶粒粗大化現象，導致銲道附近之硬度下降。同質銲件施以T6銲後熱處理後銲道整體硬度均提升到原有母材硬度，銲件最大抗拉強度達到489.8 MPa，為鋁合金母材強度之82%，但延伸率則至7.3%。而AA7075/ Ti-6Al-4V異質FSW研究結果顯示，若以較高熱量輸入之銲接參數進行接合，將因兩合金之熱膨脹程度不一在銲道產生裂縫。根據EPMA觀察結果顯示，在兩種合金界面出現金屬間化合物(IMC)，IMC的厚度與形成的形式隨轉速而改變，無論轉速高低皆在界面處量測到鈦元素擴散至鋁合金，擴散範圍與轉速高低成正比。銲接參數為540 rpm – 60 mm/min時有最高抗拉強度248.44 MPa，為鋁合金母材強度之41%。電化學腐蝕試驗結果顯示，AA7075因FSW後銲道產生晶粒細化效果，導致單位面積下有更多連續晶界存在，引起更多晶界的腐蝕行為，因此抗腐蝕性較母材差。Ti-6Al-4V則因FSW攪拌棒肩部接觸之銲道表面晶粒尺寸較母材區域小，有更多鈍化膜成核點的形成，因此其抗腐蝕性優於其母材。Item 熱處理與稻殼燃燒灰質微粒添加對AA5052與AA6061鋁合金摩擦攪拌異質接合之效應研究(2020) 吳政德; Wu, Zheng-De本研究使用摩擦攪拌銲接製程應用於AA5052與AA6061鋁合金之異質對接，攪拌工具使用高速鋼材質，攪拌桿與機台主軸之傾斜角設定為2度，探討不同轉速與進給對銲件接合性質之影響。為了改善接合品質，本研究針對銲接件進行銲後熱處理，並於攪拌區加入稻殼燃燒灰質微粒，再針對接合成功之銲接件進行顯微組織與機械性質分析。 實驗結果顯示，在接合攪拌區兩種合金產生混合效果，達到有效接合，並有晶粒細化現象，而在熱影響區則發生晶粒粗大化。硬度量測結果發現銲道整體硬度低於原始母材，且在AA6061熱影響區之硬度最低，約為50 Hv，拉伸試驗之試片均於此處斷裂。當主軸轉速為1600 rpm、進給速度為40 mm/min時，可以獲得較佳之機械性質，抗拉強度為172.7 MPa，最大延伸率為10.3%。為提升銲接件之機械性質，本研究分別於銲後實施160℃持溫12小時之T5熱處理與530℃持溫1.5小時後再進行160℃持溫12小時之T6熱處理，硬度分析結果顯示T5熱處理可以提升AA6061側攪拌區之硬度達100 Hv左右，但對於熱影響區及AA5052側攪拌區之硬度則無明顯提升，銲接件之抗拉強度稍有提升，但延伸率略降，試片斷裂處仍在AA6061側之熱影響區。經T6熱處理後AA6061側攪拌區與熱影響區之硬度均提升至130 Hv左右，示差掃描熱分析(DSC)的結果顯示有析出物形成，拉伸試片的斷裂處則為銲道中央部位。另一方面，於攪拌區混入稻殼燃燒灰質微粒，分別經1~4次的摩擦攪拌製程，經T6熱處理後可以提升攪拌區的硬度，SEM/EBSD分析的結果顯示具有晶粒細化的效果，經混入稻殼燃燒灰質微粒後重複攪拌2~4次的試片，拉伸後於AA5052側斷裂，抗拉強度最高可以提升到211 MPa，延伸率則提升至12.6%左右。Item 使用自我支持式攪拌棒於摩擦攪拌銲接之接合特性研究(2015) 張柏逢; Chang, Po-Feng本論文以鋁合金為研究對象，分兩部分進行研究：第一部分為使用自行設計的自我支持式攪拌棒(Self-reacting pin tool)或稱線筒軸形攪拌棒(Bobbin tool)對不同鋁合金材質進行摩擦攪拌銲接(Friction stir welding)，在不使用外加熱源的情況下進行摩擦攪拌銲接，探討自我支持式攪拌棒對不同鋁合金的銲接可行性。第二部分承第一部分所實驗出來的結果，決定試片的材質，探討在固定銲接速度下，改變轉速，對其銲後的機械性質影響，再經由光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡觀察其顯微組織。 本研究中利用自我支持式攪拌棒對鋁合金1050進行銲接，可成功接合鋁合金1050，隨著轉速的提高在金相顯微組織上類似沙漏狀結構的銲核區(Weld nugget zone, WNZ)會越來越明顯，而在銲核區的缺陷會隨著轉速的提高有明顯增加。隨著轉速的提高，在軟化區的硬度也跟著下降，其硬度均低於母材，但在銲核區硬度值會隨轉速提高而增加。在拉伸試驗中抗拉強度會隨著轉速提高而增加，而平均抗拉強度可達母材的59%。利用掃描式電子顯微鏡觀察拉伸試驗破斷後的破斷面，均為延性破壞。Item 鋁合金薄板應用摩擦攪拌銲接之研究(2019) 張宇泰; Chang, Yu-Tai此研究利用現有鑽床進行加工，透過自行設計的自動進刀機構，並且安裝自製夾具夾持試片，將該機構固定於鑽床工作台上予以施銲，期許以較低成本進行摩擦攪拌銲接完成接合工作。實驗以三款不同自製攪拌棒(M1、M2、M3)對於1050的1mm薄鋁合金加工，並且藉由鑽床轉速(550RPM、1750RPM及3000RPM)及自動進給速率(30、50、60 mm/min)作為施銲參數。於施銲後進行銲道表面觀察、金相顯微實驗、微硬度試驗、抗拉試驗和掃描式電子顯微鏡分析及量測，瞭解加工後的機械性質。經研究獲得以下幾點結論： 1.M3刀刃因軸肩較小，與母材接觸面積小以至於無足夠摩擦熱，完全無法接合母材；經M2刀刃施銲後的試片，從金相組織觀察其材料融填效果差，抗拉伸強度極低，接合成效不佳；M1刀刃於高轉速抗拉強度有明顯提升，試片1-M1-C3的最大抗拉強度平均值為72.47 MPa，達母材(約120MPa)強度之68%，其次試片1-M1-C2抗拉強度達40.32MPa，所以較佳刀刃為M1。 2.經M1及M2攪拌棒加工後都有擠料、孔洞缺陷及類溝槽狀缺陷現象。以M1攪拌棒施銲之金相顯微組織其呈現類似沙漏狀結構的銲核區；M2攪拌棒施銲後的顯微組織則為長條結構的銲核區樣貌，但無論是何款攪拌棒其銲核區皆為非對稱。轉速低時攪拌較無足夠摩擦熱充填接合斷面；若轉速提高，接合區硬度下降，且硬度低於母材許多，銲核區缺陷也明顯增加，在銲道RS側的擠料問題及熱機影響區、熱影響區也較AS側明顯。 3.施銲試片經拉伸後觀察可發現其破斷面並無像母材一樣出現酒窩狀組織，而是呈現劈裂面，可見其未受到充分塑性變形即破壞，因此拉伸試驗之強度均低於母材；另從各破斷面亦可發現其有組織成長之特徵，顯示在摩擦攪拌銲接過程中，其溫度已達再結晶溫度以上，晶粒有成長之現象。