TWI742337B - 鋁合金加工處理的方法 - Google Patents
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Abstract
一種鋁合金加工處理的方法，該方法包含步驟：(a)提供由一鋁合金製成的一鋁合金樣品，對該鋁合金樣品量測一初始電阻值；(b)對該鋁合金樣品中進行一變溫加熱過程，在該變溫加熱過程中，量測該鋁合金樣品的一電阻值；(c)依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之一曲線；(d)依據該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之該曲線，獲得該鋁合金的一處理溫度；及(e)於實際量產由該鋁合金製成的一鋁合金產品時，使用該處理溫度對該鋁合金產品進行處理。
Description
本發明係關於鋁合金加工處理的方法，特別是關於一種使用電阻值以決定處理溫度的鋁合金加工處理的方法。
現行的合金(例如鋁合金)製造中，首要之任務在於滿足客戶之訂單規範(例如降服強度、抗拉強度及延伸率等)。但是，現有鋁合金生產的方法需要精確掌握臨界處理溫度及處理時間，生產技術層面高。
再者，現有鋁合金強度的判斷方法通常是將一鋁合金試片進行處理過程後，再驗證該鋁合金試片的機械特性。上述方法需準備大量的鋁合金試片，經過不同的處理溫度處理後，再將上述鋁合金試片切片並通過掃描式電子顯微鏡觀察該些鋁合金試片的微結構及析出物的變化，藉此判斷鋁合金在該處理溫度下的的相變化以推測實際產品在處理過程後的強度是否能夠滿足客戶的需求。或是通過X-射線繞射分析(XRD)利用X射線來研究晶體中原子排列，藉以推測鋁合金的強度。但上述方式因受限於單一試片僅能進行一組處理條件，且在不同時間點均需對鋁合金試片進行破壞性觀察，因此導致此過程曠日廢時，且無法精確掌握臨界處理溫度。再者，現行技術另有通過使用差示掃描量熱法(DSC)，將鋁合金試片置於等速升降溫速率，或維持恆溫的加熱爐環境中，並通以穩定流速的氣體(例如氬氣)使爐體內的氣體環境維持恆定，測定鋁合金試片在定溫速率下進行加熱的熱焓量變化。當鋁合金試片發生相轉變變化時，常會伴隨著放熱或吸熱反應，使鋁合金試片產生溫度差或熱阻抗值差，進而可推測鋁合金試片之結晶溫度。但上述差示掃描量熱法通常採用急遽的升降溫且析出峰並不一定明顯，另外測試出來的處理溫度於實際產線使用時，因實驗室模擬的升降溫速率無法等同於實際產現的升降溫速率，造成實際經過處理溫
度後的產品強度存在誤差，造成產品可能無法滿足客戶之訂單規範而需調整處理溫度。
現有上述處理溫度的判斷單純依賴客戶之訂單規範再藉由耗時的實驗室分析並通過經驗法則決定處理溫度，因而造成無法精確且快速掌握產品製造的參數，或所生產的鋁合金產品無法客戶之訂單規範。
故，有必要提供一種精確的鋁合金加工處理的方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種鋁合金加工處理的方法，其係利用鋁合金在連續加熱過程中測量的電阻特徵與溫度的變化，可即時分析鋁合金材料的機械特性，以便依據電阻特徵與溫度的變化決定處理溫度，進而改善產品的生產。
本發明之次要目的在於提供一種鋁合金加工處理的方法，使用鋁合金在連續加熱過程中電阻特徵與溫度的變化與鋁合金中析出物種類呈現正相關，進而可以精確獲得處理溫度。
為達上述之目的，本發明提供一種鋁合金加工處理的方法，該方法包含步驟：(a)提供由一鋁合金製成的一鋁合金樣品，對該鋁合金樣品量測一初始電阻值；(b)對該鋁合金樣品中進行一變溫加熱過程，在該變溫加熱過程中，量測該鋁合金樣品的一電阻值；(c)依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之一曲線；(d)依據該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之該曲線，獲得該鋁合金的一處理溫度；及(e)於實際量產由該鋁合金製成的一鋁合金產品時，使用該處理溫度對該鋁合金產品進行處理。
在本發明之一實施例中，該鋁合金選自於由以下組成的群組：2000系列鋁合金、6000系列鋁合金，及7000系列鋁合金。
在本發明之一實施例中，步驟(a)更包含：對該鋁合金樣品進行一固溶處理。
在本發明之一實施例中，該變溫加熱過程模擬該鋁合金產品於實際量產進行處理時的一升溫速率。
在本發明之一實施例中，步驟(d)更包含：在該電阻比值對溫度之該曲線的一轉折處形成一切線點，該切線點的一對照溫度即為該處理溫度。
在本發明之一實施例中，步驟(a)更包含：對數個成份不同之該些鋁合金樣品進行步驟(a)至(c)，以獲得數個該電阻比值對溫度之曲線。
在本發明之一實施例中，選擇該些電阻比值對溫度之曲線中最早發生轉折的一曲線，並在該曲線的一轉折處形成一切線點，該切線點的對照溫度即為該處理溫度。
在本發明之一實施例中，該步驟(b)中的該變溫加熱過程的一溫度範圍為130至300℃。
S11~S15‧‧‧步驟
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
T‧‧‧鋁合金樣品
W1~W4‧‧‧導電線
A~F‧‧‧曲線
第1圖：本發明之實施例之流程示意圖；第2圖：本發明之實施例之鋁合金樣品量測電阻結構示意圖；第3圖：本發明之實施例之量測電阻值與初始電阻值的比值及對該變溫加熱過程之溫度之曲線示意圖；
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。
本文所用術語「紀尼埃-普雷斯頓區(GP zone Guinier-Preston zones)」詳述如下：本文所用術語「GP1」是指時效強化一開始生成的溶質原子團，隨著GP zone數目增加，鋁合金硬度也增加至第一硬度高原區。
本文所用術語「GP2」是指隨著時效時間的再拉長，溶質原
子團大小將二次長大，此時硬度也將由第一硬度高原區逐漸增加至第二硬度高原區。
本文所用術語「β”」是指若時效時間再次延長，GP2溶質原子團將由無序轉為有序化，生成β”針狀析出物，而此時硬度/強度都將攀升至極大值。
請參照第1圖所示，示出了本發明之實施例的一種鋁合金加工處理的方法流程示意圖。所述的鋁合金加工處理的方法流程包含步驟：(S11)提供由一鋁合金製成的一鋁合金樣品，對該鋁合金樣品量測一初始電阻值；(S12)對該鋁合金樣品中進行一變溫加熱過程，在該變溫加熱過程中，量測該鋁合金樣品的一電阻值；(S13)依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之一曲線；(S14)依據該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之該曲線，獲得該鋁合金的一處理溫度；及(S15)於實際量產由該鋁合金製成的一鋁合金產品時，使用該處理溫度對該鋁合金產品進行處理。
本發明將於下文利用第1圖及第2圖逐一詳細說明之實施例之上述各步驟的實施細節、對應處理設備及其原理。
請參考第2圖為本發明之實施例之鋁合金樣品量測電阻結構示意圖並搭配第1圖所示。如第1圖步驟S11中所示，提供由一鋁合金製成的一鋁合金樣品T，該鋁合金為欲實際量產的鋁合金種類，例如6000系列鋁合金。如第2圖所示，將該鋁合金樣品T(例如，6000系列鋁合金試片樣品)以固定間距焊接四條導電線W1~W4。接著將該鋁合金樣品T放置於一絕緣爐體1內，並使該四條導電線W1~W4穿出該絕緣爐體1並將該四條導電線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。可選地，該鋁合金樣品為已進行一固溶處理後的鋁合金樣品。較佳地，該鋁合金樣品選自於由以下組成的群組：2000系列鋁合金、6000系列鋁合金，及7000系列鋁合金。接著，對該鋁合金樣品量測一初始電阻值，以記錄該鋁合金樣品未進行變溫加熱過程前的電阻值。上述量測的該初始
電阻值定義為ρ0。
接著，如第1圖步驟S12中所示，對該絕緣爐體1內的鋁合金樣品T進行一變溫加熱過程。較佳地，該變溫加熱過程為模擬該鋁合金產品於實際量產進行處理時的一升溫速率(例如，模擬6000系列鋁合金在實際量產進行處理時的升溫速率)。在該變溫加熱過程中，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值。可選地，該處理器23可包含一記錄裝置，以記錄該初始電阻值ρ0及記錄該電阻值。替代地，該記錄裝置可另外設置或與該電流供應器21、該電壓紀錄器22、該處理器23及該記錄裝置整合成一量測系統。
接著，如第1圖步驟S13所示，依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線。較佳地，該處理器23將儲存在該記錄裝置的該電阻值除以該初始電阻值以獲得該電阻值與該初始電阻值的比值(ρ/ρ0)，並通過監測該絕緣爐體1內該鋁合金樣品T在該變溫加熱過程期間的溫度變化，通過該處理器23分析處理以生成該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線。
之後，請參照第1圖的步驟S14，依據該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線，獲得該鋁合金的一處理溫度。較佳地，在該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線的一轉折處形成一切線點，該切線點的一對照溫度即為該處理溫度。
接著，請參照第1圖的步驟S15所示，於實際量產由相同的該鋁合金製成的一鋁合金產品時，使用該處理溫度對該鋁合金產品進行處理，利用該處理溫度可使該鋁合金產品內的GP2越高，最後越容易(在較低溫時)生成β”，進而使得該鋁合金產品具有較高的強度(硬度)。較佳地，本實施例中的該變溫加熱過程的一溫度範圍為130至300℃。
可選地，上述方法可以同時提供對數個成份不同之該鋁合金進行上述步驟S11至S13的程序，以獲得數個該電阻比值對溫度之數個曲線，依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該些鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線。接著，選擇該些電阻比值對溫度之該些曲線中最早發生轉折的一曲線，並在該曲線的一轉折處形成一切線
點，該切線點的對照溫度即為該處理溫度，該變溫加熱過程的一溫度範圍為130至300℃。
本發明的另一個實施例中，同時提供數個成份不同之鋁合金。類似上述的實施例，將成份不同之該些鋁合金樣品中的每一個同樣以固定間距焊接四條導電線W1~W4。接著，對成份不同之該些鋁合金樣品中的每一個量測一初始電阻值，以記錄成份不同之該些鋁合金樣品未進行處理前的電阻值。之後，將成份不同之該些鋁合金樣品放置於該絕緣爐體1內進行一變溫加熱過程。較佳地，該變溫加熱過程模擬該鋁合金產品於實際量產進行處理時的一升溫速率。在該變溫加熱過程中，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值。該電流供應器21及該電壓紀錄器22具有多個通道可同時量測成份不同之該些鋁合金樣品中的每一個的電流值及電壓值。量測的電流值及電壓值同樣可儲存於記錄裝置中。
本實施例中，通過該電流供應器21及該電壓紀錄器22同時連續地量測上述成份不同之該些鋁合金樣品中的每一個的電流值及電壓值，並將量測的該電流值及該電壓值傳送至該處理器23進行處理，以換算成連續監測的多個電阻值。再將該些電阻值除以成份不同之該些鋁合金樣品的該初始電阻值，以產生成份不同之該些鋁合金樣品的電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線。成份不同之該些鋁合金樣品的電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之曲線可以通過該處理器23計算，並輸出儲存到該記錄裝置。
請參照第3圖所示，示出了本發明之實施例之成份不同之該些鋁合金樣品量測電阻值與初始電阻值的比值及對該變溫加熱過程之溫度之曲線示意圖。圖中縱軸代表成份不同之該些鋁合金樣品的該電阻值與該初始電阻值的比值(ρ/ρ0)，橫軸代表該變溫加熱過程之溫度變化值。曲線A-F分別表示該些成份不同之鋁合金樣品於相同的固溶處理後，成份不同之該些鋁合金樣品在該變溫加熱過程之溫度變化中的ρ/ρ0值。根據本申請的發明人研究結果所得，ρ/ρ0值與該變溫加熱過程之溫度變化所得的曲線的變化可以用於觀察鋁合金中GP2的形成與β”的析出。曲線轉折點出現的早晚
可與析出物的種類呈現正相關。當ρ/ρ0值與該變溫加熱過程之溫度變化的曲線中轉折點越早發生，則代表鋁合金內的GP2越高，最後越容易(在較低溫時)生成β”。換句話說，當ρ/ρ0值與該變溫加熱過程之溫度變化的多條曲線中轉折點越早發生的那條曲線，其轉折處的切線點處的對應的溫度形成的鋁合金產品的強度(硬度)越高。如第3圖的曲線A-F中，可以發現曲線E最早出現轉折，因此可以在曲線E的轉折處形成一切線點，並將該切線點的對照溫度設定為該鋁合金產品的處理溫度對該鋁合金產品進行處理，可以得到強度(硬度)高的鋁合金產品。例如，本實施例中曲線E轉折處形成的該切線點的對照溫度為201℃。
下表1為根據本發明實施例的成份不同之該些鋁合金樣品經過第3圖中不同的切線點溫度下加工處理後的硬度值。其為將成份不同之該些鋁合金進行550℃固溶處理後，經由上述方法求得切線點的對照溫度。如上所述，該成份不同之該些鋁合金形成的曲線A、B、C、D、E及F的切線點的對照溫度216℃、212℃、209℃、208℃、201℃及207℃。接著，以實際量產時的處理溫度條件200℃對成份不同之該些鋁合金進行恆溫退火五分鐘以生成β”。如下表1所示，經過本發明之方法的試片E最接近實際量產時的處理溫度條件，且因其為所有曲線中最早出現轉折，在實際量產時越容易生成β”，其測試後該鋁合金試片E的硬度可達83.2，鋁合金試片E為實際量產時鋁合金的較佳成分。如此，根據本發明的鋁合金加工處理的方法，可以精確的求得使該鋁合金產品具有較高的強度(硬度)的處理溫度及鋁合金的較佳成分。
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。
S11~S15‧‧‧步驟
Claims (8)
- 一種鋁合金加工處理的方法，其包含步驟：(a)提供由一鋁合金製成的一鋁合金樣品，對該鋁合金樣品量測一初始電阻值；(b)對該鋁合金樣品中進行一變溫加熱過程，在該變溫加熱過程中，量測該鋁合金樣品的一電阻值；(c)依據該電阻值與該初始電阻值的比值，產生該鋁合金樣品的一電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之一曲線；(d)依據該電阻比值對該變溫加熱過程之溫度之該曲線，獲得該鋁合金的一處理溫度；及(e)於實際量產由該鋁合金製成的一鋁合金產品時，使用該處理溫度對該鋁合金產品進行處理。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁合金加工處理的方法，其中該鋁合金選自於由以下組成的群組：2000系列鋁合金、6000系列鋁合金，及7000系列鋁合金。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁合金加工處理的方法，其中步驟(a)更包含：對該鋁合金樣品進行一固溶處理。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁合金加工處理的方法，其中該變溫加熱過程模擬該鋁合金產品於實際量產進行處理時的一升溫速率。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁合金加工處理的方法，其中步驟(d)更包含：在該電阻比值對溫度之該曲線的一轉折處形成一切線點，該切線點的一對照溫度即為該處理溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述的鋁合金加工處理的方法，其中步驟(a)更包含：對數個成份不同之該鋁合金進行步驟(a)至(c)，以獲得數個該電阻比值對溫度之曲線。
- 如申請專利範圍第6項所述的鋁合金加工處理的方法，其中選擇該些電阻比值對溫度之曲線中最早發生轉折的一曲線，並在該曲線的一轉折處形成一切線點，該切線點的對照溫度即為該處理溫度。
- 如申請專利範圍第5項所述的鋁合金加工處理的方法，其中該步驟(b)中的該變溫加熱過程的一溫度範圍為130至300℃。
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