整合鎂合金熱間與半溶融加工成形之研究及分析---子計畫二---車用鎂合金管件之半溶融成形研究(I)

Abstract

近年來，鎂合金在航太、汽車、電子零件、運動器材辦公用品方面的應用越趨廣 泛，是應用速度發展最快的金屬材料之一。由於鎂合金在強度、電磁遮蔽、散熱性、 耐衝擊性、耐高溫性、成形加工性、耐蝕性及回收性等都十分優異，國內的3C 廠商也 開始將部分產品改以鎂合金製作。然而，傳統以壓鑄為主的製造方式，成形後材料的 顯微結構、組織、以及型態不夠穩定，又缺乏半溶融加工特有的球化晶狀分佈；並不 能完全達到產品在品質上的要求。 自從1971 年美國麻省理工學院的D.B.Spencer 和M.C.Flemings，發明攪動鑄造 （stir cast）加工方式以來，半溶融加工（亦稱為半固態金屬加工技術（SSM；Semi-Solid Metal Casting））在20 多年的研究與發展下，成為新一代的金屬成形方式。由於採用 該技術的產品具有高品質、高性能和高合金化的特點，因此成為鎂合金成形的主要方 式之一。鎂合金在半溶融加工製程的應用下，可以得到許多傳統製程所無法達到的優 點，包括了低成形週期、高疲勞強度、幾乎無收縮孔，以及可近似成形。然而，半溶 融加工成形零件的優點，只有在精準調整製程的條件下，才能夠彰顯出來。例如原材 料如何被適當加熱到特定的半固態溫度（特定的固液相比例），以及保溫溫度，才能得 到較均勻的成形溫度以及球化組織等，如何完成相關的基礎研究，對於該製程應用之 好壞，非常的重要。 因此，本研究將針對半溶融壓鑄鎂合金材料，進行相關的製程研究。包括 1、基礎數據的建立，包括了半溶融鎂合金之成形溫度與不同的固相比（半固態溫 度），以及機械性質之間的關係（尤其是球化組織與材料強度之間的影響）。 2、以有限元素法與有限差分法，建立半溶融鎂合金之數值模擬模型，找出最佳的 成形製程條件。 3、建立完整的實驗設備（半溶融設備、實驗條件以及實驗模具），根據已經建立完 成之半溶融數值模型，進行各項實驗數據驗證，進而修正數值模型。。 本研究的最終目的，在於提出半溶融壓鑄應用於鎂合金所需之相關製程條件，並且整 理出一套可行之數值模擬模型，讓開發人員能夠在利用半溶融加工開發鎂合金產品之 前，利用電腦完成最佳化之製程條件設計，以提昇產品之良率以及品質要求