• 終鍛溫度低於℃ • 7075熔點：475~635℃；再結晶溫度約204℃
(μm)
P.21
三、鋁合金用素材之種類及特性
鑄錠 粉末金屬合金
擠製材 抽製材
輥軋材
鍛造素材一般的要求：
表面不可有刮痕：刮痕深度超過0.2~0.5mm會影響鍛件品質 表面不可有粗晶 表面不可有介金屬顆粒(如-AlFeSi針狀行晶出物)剝落後產生的坑洞
P.41
兩端同時前後向擠出設計重點(續)
P.42
同一端同時前後向擠出設計重點
P.43
不好的設計例子
未抱持
有抱持，但衝 頭強度不足
P.44
一般冷鍛件的尺寸公差(單位：英吋)
P.45
各種鋁合金在衝擊擠出中可擠出的最小壁厚
(單位：英吋)
P.46
成形過程設計
•密閉式前向擠出最大 RA=70~75％ 後向擠出最大RA=70~75 ％；最小20~25 ％ RA=53％ RA=53％ RA=24％
P.35
Al 7075-T42端壓試驗
端壓前胚料尺寸：Φ 30mm*30mm
端壓後高度：11.5mm 壓扁率：61.7%
產生裂紋
端壓後高度：11.25mm 壓扁率：62.5%
P.36
前向擠出設計準則
P.37
後向擠出設計準則
P.38
後向擠出沖頭壓力
P.39
冷鍛複合成形方式
P.40
兩端同時前後向擠出設計重點
點缺陷：空孔
面缺陷：晶界
線缺陷：差排
P.12
加工硬化原理
晶界
晶格 扭曲
差排堆積
P.13
鋁合金鍛造之冶金觀點
回復 再結晶 精粒成長
• 回復：減少晶格變形(殘 留應力消除)及晶格缺陷 (空孔、差排、次晶界)， 晶粒形狀不發生變化 • 再結晶：產生新的晶粒 • 晶粒成長：以介面向外移 動的方式，吞併周圍的基 體，使晶逐漸長大
材料 鈦合金
密度 降伏強度/密度 4.5 13~27
鎂合金
鋁合金 特殊鋼 碳 鋼
1.8
2.8 7.8 7.8
7.1~11
11 6.4~15 3.5~7.6
銅合金
8.6
2.3以上
P.4
鋁合金具有良好熱傳導性、導電率
導電度高，僅次於銀、銅居第三位，同一重量時純鋁之導電度為銅的 2倍。 鋁合金的熱導量率大約是銅的50-60%，是低碳鋼的四倍。
成形性溫度
P.31
三、鋁合金之冷間鍛造
切斷面品質 重量誤差<1％
消除加工硬 化現象
切斷
端壓
退火
潤滑
鍛造
熱 處 理
切削
表面 處理
檢驗 及出 貨
P.32
冷間鍛造的優點
低材料損失 提升強度 節省資源 高晶密度

P.33
冷間鍛造的基本成型方式
P.34
基本冷鍛成形法則
鋁端壓細長比超過：1.8(兩端移動自由)；3.2 (兩端固定)則必須做錐形 預成形，否則會挫屈
複合擠伸沖頭
P.56
鍛粗模組結構
P.57
模具補強之效果
P.58
實用之補強環尺寸與干涉量
P.59
模殼模仁之結合方式
P.60
內模仁之外形錐度選擇
P.61
分割模仁的設計準則
P.62
冷鍛素材退火

軟化材料使其易於成形 消除加工時所產成的內應力 調整結晶組織 均勻材質成分 延長模具壽命
C L
以沖頭成形型直徑 • 平面直徑
dP
為基準
• 成形面斜角 2 160 o ~ 170 o • 成形部長度
d f d P [ 2 R ( 0.2 ~ 0.3 )d P ]
• 沖頭R角
l 0.3 ~ 0.7 d P

R
• 釋放斜角 4o ~ 5o
R 0.05 ~ 0.1 d P
P.25
擠型材缺點-表面組織粗大

擠形材表面因與模具表面摩擦生熱，造成晶粒成長，使表面結晶粗大
P.26
擠形材與鍛材之金相比較
Direct Forge
Extruded
表面粗晶，鍛造時容易造成鍛件表面微裂或產生橘皮缺陷。
P.27
擠形材與鍛材之金相比較

組織均勻晶粒較細 但價格較為昂貴
連續鑄造生產線
以冰晶石(Na3AlF6)為熔劑加熱 熔融電解而得鋁(純度99.5％)
Hoopes三層式電解槽行電 解精鍊，得99.99％純鋁
P.10
鋁合金結晶構造
鋁為FCC結晶構造有四個不相平行的滑動面及三個最 密堆積方向，共有12個滑動系統
P.11
塑性變形的微觀機構
• 理論的破壞強度為：σ b＝E/10 • 實際材料的破壞強度為：σ b＝E/20 ~ E/100 • 差異原因：空孔、差排及微裂縫的存在

P.22
鑄錠材

粒界有溶質偏析，鍛造時容易脆裂

鑄錠在鍛造之前，需先經過均質 化處理
200X
100X
200X
100X
P.23
擠型材
組織不均勻 表面結晶粗大 頭尾料易夾入氧化物等 雜質

P.24
擠型材缺點-組織不均勻

鋁鑄錠擠製前也需先經過均質處理，消除鑄造產生之偏析組織
鑄錠原料
均質處理
鑽油平台若減少1噸重量，則海面下400呎 (約122m) 之支撐結構件可節省6噸重量。其他領域有直昇機升 降平台、伸縮鋁橋、樓梯間塔層、電纜線架等。
P.3
鋁合金高比強度特性(降伏強度/密度)
相同體積材料(Mg、Al 、鋼)時，承受荷重之彎曲性能比較
密度：Steel(7.9)＞ Ti(4.5) ＞Al(2.8) ＞Mg(1.8) 相對比強度：Ti＞ Mg＞ Al＞ Steel
Al 熱傳導係數(W/mk) 96
Mg 72
Ti 16 室溫；Mg(AZ91D)；Al(A380)；Ti(純 Ti)
P.5
鋁合金無毒特性
鋁品因具有高防腐性、質輕與薄等特點，常用於飲料、藥品、香煙等 包裝材。 全球80%飲料罐是鋁製品，北美洲每天消耗2.9億個，其中1.75億個被 回收再利用。1998年歐洲飲料罐約需325億個，鋁罐市場佔有率約52%。 鋁罐發展趨向薄肉化，肉厚由1976年的0.4mm降至1998年的0.26mm以下。 在先進科技研發下，鋁罐重已減少30%。
P.47
鋁扣件成形過程實體
Al1100-O
Al6061-T4
P.48
冷間鍛造模具
P.49
軸型前向擠伸標準模組
P.50
管型前向擠伸標準模組
P.51
後向擠伸標準模組
模組設計主要考慮重點：
1、主要成形元件形狀設計
2、成形元件之固緊方式 3、成形壓力之分散 4、母模承受高壓負荷之補強 5、頂出空間之考量 6、工件脫料之設計 7、上下成形元件之定位與調整方式
直徑70㎜棒材輥製生產線
冷輥生產線
連續鑄造生產線(捲繞部份)
P.28
粉末金屬合金(Powder metal alloy)
鑄錠 製成粉末 壓成塊狀
熱擠壓
切成塊狀
P.29
粉末金屬合金與一般鋁合金的抗拉強度比較
粉末金屬合金
汽缸用鍛造合金
P.30
成形溫度與成形性的關係
成形性 一般鋁合金金材
汽缸粉末冶金材
P.65
鋁合金冷鍛使用的潤滑劑
•黏度越高越好
P.66
三、鋁合金之熱間鍛造
下料 加熱 預成形
剪緣
粗形鍛造
加熱
• 混晶( duplex grain structure)：同一鍛件內 晶粒大小相差懸殊 材料韌性下降
• 鍛件表面晶粒大小懸殊
電鍍後色澤不同
P.16
鋁合金7075素材的表面粗晶造成的鍛造後 的”橘皮orange peel”現象
在扭曲的表面上 明顯的有大量的 微裂縫存在
P.17
粗晶造成鋁合金強度的下降
材料 1050 1100
2014
退火溫度，℃ 340 340
340
硬度(HB) 23 23
47
2017
3003 5056 6061 6063
340
413 340 340 340
45
28 65 30 30
一般冷鍛用鋁合金退火溫度與硬度
P.63
鋁合金冷鍛之潤滑皮膜處理工程
P.64
各種磷酸鹽皮膜之摩擦係數
⑪
⑧ ⑥
① ②
⑤ ④
⑳ ③
⑦
⑨ ⑩
8、模具元件幾何精度之要求
9、成形過程之定位抱持設計
⑫ ⑬ ⑭
10、整體模座之定位與防止偏心設計
11、模座與機台空間之搭配 12、安裝與維修方便性之考量
⑯
⑮
⑰ ⑱ ⑲
P.52
後向擠伸沖頭安裝方式
不理想
理想方式
可行方式
確實壓緊
間隙0.1 ～ 0.2mm
P.53
後向擠伸沖頭
P.7
鋁合金可回收特性
生產初生鋁錠消耗能源約 13.0~15.18 kwh/kg，再生鋁錠僅約其5%（0.759 kwh/kg ）

生產初生鋁錠之冶煉技術已較1950年大為精 進，目前所需電能減少約33％ 生產粗鋼消耗能源約5.23kwh/kg，廢鋼回收再 生所需消耗能源一般約可低於粗鋼消耗能源之 40%（2.09kwh/kg），但若以電爐法則僅約其 13%（0.679kwh/kg） 「不活性陽極與活性陰極精鍊鋁技術」研發 成功，可減少鋁合金生產成本1/3
P.6
鋁合金加工特性
鑄造加工