TWI619813B - 冷加工量監測方法 - Google Patents

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高逸帆
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Abstract

一種冷加工量監測方法，包含以下步驟：將經過一冷軋過程的一金屬樣品電性連接四條導電線；將該金屬樣品放置於一絕緣爐體內，並使該四條導電線穿出該絕緣爐體；將該四條導電線的其中二條電性連接一電流供應器，及將該四條導電線的另二條電性連接一電壓紀錄器，該電流供應器及該電壓紀錄器分別電性連接一處理器；及對該絕緣爐體內的金屬樣品進行一熱處理過程，在該熱處理過程中，該處理器依據該電流供應器輸出的一電流及輸入至該電壓紀錄器的一電壓而產生一電阻函數，並依據該電阻函數產生該金屬樣品之一冷加工量函數。

Description

冷加工量監測方法
本發明係關於一種監測方法，特別是關於一種可於金屬加工過程即時監測數據的冷加工量監測方法。
熱處理過程對於金屬加工技術的優劣至關重要，以鋁製造業為例，精準掌握退火參數為鋁製造業亟待建立的核心技術，若退火溫度控制不當，將造成鋁捲邊緣強度過高或不足等問題。
習知鋁材開發方法，如：單片退火法等，通常是在一試片退火(annealing)處理過程完成後，再驗證該試片的機械特性。惟因受限於單一試片僅能進行一組退火條件，因此導致此過程曠日廢時，尚待改善。
為了解決上述情況，已發展出一些習知縮短退火過程的技術，例如一文獻，名為“Metallurgical and Materials Transactions：A 27(1996)3410”，係於鈮化鈦(TiNb)合金的即時X光繞射測量中，發現特定繞射峰值隨退火時間延長呈現對數衰變，但此技術僅探討即時X光繞射峰值於退火期間的衰變定性行為，尚無繞射峰值與材料機械特性的定量關係。
此外，又如另一文獻，名為“Journal of Mining & Metallurgy：B 49(2013)83”，試圖以即時熱差分析儀對試片進行退火狀態測量，但該熱差分析儀需針使試片產生一定程度的升溫速率，需在該升溫速率遠大於工廠實際升溫速率的情況下，該升溫過程中所傳遞的熱量方可符合儀器所需的最低感應靈敏度，無法滿足實際生產線的緩慢升溫或恆溫退火過程；且，該熱差分析儀無法進行恆溫熱分析，致使該熱差分析儀無法對生產線的退火條件進行定量最佳化。因此，上述技術皆不適於即時監測金屬加工過程的冷加工量。
有鑑於此，有必要提供一種冷加工量監測方法，以解決習知 技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種冷加工量監測方法，以金屬加工過程測量的電性特徵即時分析材料的機械特性，以便依據該機械特性即時修正金屬加工過程，進而縮短產品開發時程。
為達上述之目的，本發明提供一種冷加工量監測方法，可包含以下步驟：將經過一冷軋過程的一金屬樣品電性連接四條導電線；將該金屬樣品放置於一絕緣爐體內，並使該四條導電線穿出該絕緣爐體；將該四條導電線的其中二條電性連接一電流供應器，及將該四條導電線的另二條電性連接一電壓紀錄器，該電流供應器及該電壓紀錄器分別電性連接一處理器；及對該絕緣爐體內的金屬樣品進行一熱處理過程，在該熱處理過程中，該處理器依據該電流供應器輸出的一電流及輸入至該電壓紀錄器的一電壓而產生一電阻函數，並依據該電阻函數產生該金屬樣品之一冷加工量函數。
在本發明之一實施例中，該冷加工量函數可為一等效降伏應力函數。
在本發明之一實施例中，該冷加工量函數可為一等效抗拉強度函數。
在本發明之一實施例中，該冷加工量函數可為一等效硬度函數。
在本發明之一實施例中，該金屬樣品電性連接該四條導電線的步驟可包括：將該金屬樣品可進行一表面拋光過程，於該表面拋光過程後，於該金屬樣品之一表面的四個位置可分別銲接該四條導電線。
在本發明之一實施例中，該絕緣爐體之一周壁可設有二穿孔，與該電流供應器電性連接的其中二條該導電線係經該二穿孔分別穿出該絕緣爐體。
在本發明之一實施例中，對該絕緣爐體內的金屬樣品進行該熱處理過程前，可預先以一屏蔽罩體罩蓋該金屬樣品。
在本發明之一實施例中，該屏蔽罩體可由一導磁材料製成， 該導磁材料之一導磁係數可大於100。
在本發明之一實施例中，該屏蔽罩體可由數個矽鋼片建構而成。
在本發明之一實施例中，該金屬樣品可於一溫度範圍進行該熱處理過程，該溫度範圍可為攝氏250±5度。
在本發明之一實施例中，該絕緣爐體可電性接地。
在本發明之一實施例中，對該絕緣爐體內的金屬樣品進行該熱處理過程前，該金屬樣品可預先經過一表面絕緣處理過程。
1‧‧‧絕緣爐體
11‧‧‧加工容室
12a,12b‧‧‧穿孔
2‧‧‧監控系統
21‧‧‧電流供應器
22‧‧‧電壓紀錄器
23‧‧‧處理器
A‧‧‧曲線
B‧‧‧曲線
C‧‧‧曲線
D‧‧‧曲線
E‧‧‧曲線
F‧‧‧曲線
T‧‧‧金屬樣品
W1~W4‧‧‧導電線
第1圖：本發明實施例之冷加工量監測方法的系統方塊示意圖。
第2圖：本發明實施例以一冷軋樣品測試一等效降伏應力曲線與一實際降伏應力曲線之比較示意圖。
第3圖：本發明實施例以一冷軋樣品測試在不同溫度之等效降伏應力曲線的比較示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參照第1圖所示，本發明實施例之冷加工量監測方法，可包含以下步驟(a)到(d)：(a)將經過一冷軋過程的一金屬樣品T電性連接四條導電線W1~W4；(b)將該金屬樣品T放置於一絕緣爐體1內(例如：置於一加工容室11)，並使該四條導電線W1~W4穿出該絕緣爐體1；(c)將該四條導電線W1~W4的其中二條(如圖中的W1、W2)電性連接一電流供應器21，及將該四條導電線W1~W4的另二條(如圖中的W3、W4)電性連接一電壓紀錄器21，該電流供應器21及該電壓紀錄器22分別電性連接一處理器23， 該電流供應器21、電壓紀錄器22及處理器23可為相互分離或整合為一監控系統2；及(d)對該絕緣爐體1內的金屬樣品T進行一熱處理過程，在該熱處理過程中，該處理器23可依據該電流供應器21輸出的一電流及輸入至該電壓紀錄器22的一電壓而產生一電阻函數，並依據該電阻函數產生該金屬樣品T之一冷加工量函數。其中，上述冷軋過程係熟知金屬加工技術領域之通常知識者可以理解，在此不再贅述。
在一實施例中，該金屬樣品T可為適於接受金屬熱加工(如退火)製程之一金屬試片(如鋁片)；該絕緣爐體1可為適於進行金屬熱加工製程的一高溫爐體，且該爐體可具有電性絕緣特性，其構造係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此不在贅述。
在一實施例中，該電流供應器21為可輸出一恆等電流(constant current)的一習知電源供應器；該電壓紀錄器22可為具有電壓測量功能的一習知電子儀表設備；該處理器23可為具有訊號處理功能的電子設備，如：微處理器(MCU)、數位訊號處理器(DSP)、嵌入式系統(Embedded System)或各式電腦等，該處理器23可運作一控制邏輯，如：一軟體程式或一硬體電路的功能，用以執行上述實施例運作過程，其運用方式係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此不在贅述。
在一實施例中，該絕緣爐體1之一周壁可設有二穿孔12a、12b，與該電流供應器21電性連接的其中二條該導電線(如圖中的W1、W2)可經該二穿孔12a、12b分別穿出該絕緣爐體1。藉此，可有利於該電流供應器21提供一恆等電流到該金屬樣品T，以便提高該金屬樣品T的測量準確度。
在一實施例中，該金屬樣品T電性連接該四條導電線W1~W4的步驟可包括：將該金屬樣品進行一表面拋光過程，如電解拋光等，於該表面拋光過程後，於該金屬樣品T之一表面的四個位置分別銲接該四條導電線W1~W4，該四條導電線W1~W4於該金屬樣品T之表面的銲點位置可依需求任意選取，如同一表面的不同位置，或不同表面的分開位置，在此並不設限。
其中，進行該表面拋光過程後，可有利於降低該金屬樣品T 表面的粗糙度，進而輔助有效測出該金屬樣品T的電性訊號，用以產生該電阻函數，如：基於歐姆定律(R=V/I)，以測量出的多個電壓值(V)及對應給定的多個電流值(I)計算出多個電阻率，該些電阻率隨時間的變化可轉換為該電阻函數及該金屬樣品T之冷加工量函數，舉例說明如後。
在一實施例中，可依據該電阻函數產生該金屬樣品T之冷加工量函數，該冷加工量函數可為一等效降伏應力函數(equivalent yield stress function)、一等效抗拉強度函數(equivalent tensile strength function)、一等效硬度函數(equivalent hardness function)，如下式(1)所示：
其中，R(t)為該電阻函數，Rinitial為一退火前電阻率，Rinstant為一退火瞬時電阻率，Rfinal為一退火後電阻率，t為時間值；Y(t)為該等效降伏應力函數，Yinitial為一退火前降伏應力值，Yinstant為一退火瞬時降伏應力值，Yfinal為一退火後降伏應力值；T(t)為該等效抗拉強度函數，Tinitial為一退火前抗拉強度值，Tinstant為一退火瞬時抗拉強度值，Tfinal為一退火後抗拉強度值；H(t)為該等效硬度函數，Hinitial為一退火前硬度值，Hinstant為一退火瞬時硬度值，Hfinal為一退火後硬度值，其中，該退火過程進行的前後時點的判斷方式係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此不再贅述。
在一實施例中，該四條導電線W1~W4中的兩條(如圖1中的W1、W2)可用於傳輸一電流訊號到該金屬樣品T，用於後續以電訊號測量該金屬樣品T的特性參數，該四條導電線W1~W4中的另兩條(如圖1中的W3、W4)可用於傳輸來自該金屬樣品T的一電壓訊號，以便後續分析該金屬樣品T的材料特性。其中，由於該金屬樣品T本身即為一電導體，為了能有效且精確地測量該金屬樣品T的電性訊號(如電壓等)，可先將會干擾該金屬樣品T的雜訊來源去除，其方式舉例說明如下，惟不以此為限。
在一實施例中，對該絕緣爐體1內的金屬樣品T進行該熱處理過程前，可預先以一屏蔽罩體(shielding cover，圖未繪示)罩蓋該金屬樣品T，該屏蔽罩體可由一導磁材料製成，該導磁材料之一導磁係數(μ)可大於100，其中B’=μH’，B’為磁束密度，H’為磁場強度，例如：該屏蔽罩體可由數個矽鋼片建構而成，惟不以此為限。藉此，可適度降低外界磁場作用於該金屬樣品T，降低外界磁場對該金屬樣品T內部特性測量時的影響，以便提高測量準確度。
在一實施例中，該金屬樣品T可於一溫度範圍進行該熱處理過程，該溫度範圍可為攝氏250±5度(℃)。藉此，可適度降低該金屬樣品T本身因熱效應導致電壓測量值不穩定，降低因熱效應對該金屬樣品T內部特性測量時的影響，可有效提高測量準確度。
在一實施例中，該絕緣爐體1可以電性接地，將該絕緣爐體1本身的電雜訊適度排除，降低該絕緣爐體1本身及外部電場對該金屬樣品T內部特性測量時的影響，避免該電雜訊產生的電場影響該金屬樣品T的電壓測量值，可有效提高測量準確度。
在一實施例中，對該絕緣爐體1內的金屬樣品T進行該熱處理過程前，該金屬樣品T可預先經過一表面絕緣處理過程處理，如陽極處理等，降低該金屬樣品T外部電場對該金屬樣品T內部特性測量時的影響，可有效提高測量準確度。
以下舉例說明本發明上述實施例的實驗結果，該實驗結果僅供說明真正實施後的結果，並非用於限制本發明。
請參閱第2圖所示，其係本發明實施例以一冷軋樣品測試一等效降伏應力曲線與一實際降伏應力曲線之比較示意圖。其中，以該金屬樣品的加工溫度為攝氏300度為例，圖中的小方格(即〝□〞)表示在不同時點利用上述實施例計算得出的等效降伏應力值(即電阻率)，圖中的小方點(即〝■〞)表示在對應時點將同批樣品以習知單片退火法測出的實際降伏應力值。由圖可知，習知單片退火法測出的實際降伏應力曲線與本發明上述實施例計算得出的等效降伏應力曲線具有高度吻合性。因此，本發明上述實施例在加工過程同時測知的電阻率，確實可對應該金屬樣品於加工過程中的冷 加工量(如降伏應力)變化。同理，其餘冷加工量之測試可依此類推，其係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
請參閱第3圖所示，其係本發明實施例以一冷軋樣品測試在不同溫度之等效降伏應力曲線的比較示意圖。其中，在溫度為攝氏240、270、280、290、300、310度的等效降伏應力曲線分別標示為A、B、C、D、E、F，由圖可知，在不同溫度間的變化不大的情況下，該等曲線A、B、C、D、E、F仍可適度展現差異性，足見本發明上述實施例可以適用的溫度區別性高，可有效因應實際產品需求測知上述冷加工量。
以下，再比較本發明上述實施例與習知單片退火法的成本因子，如所需的樣品(試片)數量及耗費時間等，如表一所示，本發明上述實施例無論在材料成本或時間成本上皆優於習知單片退火法，因此，本發明上述實施例可降低使用成本，且可立即適用於現有產品製程中。
承上，通過本發明上述實施例可知，由於該金屬樣品於加工過程中逐漸發生改質變化，進而改變該金屬樣品的物理特徵，如：電阻率、降伏應力值、抗拉強度值及硬度值等冷加工量。因此，如能在該金屬樣品的加工過程中有效地即時測知該電阻率，便可即時且準確地得知該金屬樣品於加工過程中的降伏應力值、抗拉強度值及硬度值等冷加工量的變化。而且，該金屬樣品的加工過程即是該冷加工量的測知過程，相較於習知單片退火法，本發明上述實施例無須等到加工過程結束後再耗費時間及材料 進行量測，可有效增進量產速度，並可降低製造成本，進一步營造金屬產品供需雙贏的局面。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種冷加工量監測方法，包含以下步驟：將經過一冷軋過程的一金屬樣品電性連接四條導電線；將該金屬樣品放置於一絕緣爐體內，並使該四條導電線穿出該絕緣爐體；將該四條導電線的其中二條電性連接一電流供應器，及將該四條導電線的另二條電性連接一電壓紀錄器，該電流供應器及該電壓紀錄器分別電性連接一處理器；及對該絕緣爐體內的金屬樣品定溫於一熱處理溫度進行一熱處理過程，在該熱處理過程中，該處理器依據該電流供應器輸出的一電流及輸入至該電壓紀錄器的一電壓而產生一電阻函數，並依據該電阻函數產生該金屬樣品之一冷加工量對時間之函數，該冷加工量對時間之函數為一等效降伏應力函數、一等效抗拉強度函數或一等效硬度函數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中該金屬樣品電性連接該四條導電線的步驟包括：將該金屬樣品進行一表面拋光過程，於該表面拋光過程後，於該金屬樣品之一表面的四個位置分別銲接該四條導電線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中該絕緣爐體之一周壁設有二穿孔，與該電流供應器電性連接的其中二條該導電線係經該二穿孔分別穿出該絕緣爐體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中對該絕緣爐體內的金屬樣品進行該熱處理過程前，預先以一屏蔽罩體罩蓋該金屬樣品。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之冷加工量監測方法，其中該屏蔽罩體係由一導磁材料製成，該導磁材料之一導磁係數大於100。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之冷加工量監測方法，其中該屏蔽罩體係由數個矽鋼片建構而成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中該金屬樣品於一溫度範圍進行該熱處理過程，該溫度範圍為攝氏250±5度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中該絕緣爐體電性接地。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之冷加工量監測方法，其中對該絕緣爐體內的金屬樣品進行該熱處理過程前，該金屬樣品預先經過一表面絕緣處理過程。
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