2024-10-No1-扣件技術新訊

余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心

各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2024-10-No-1)：

#技術主題 : #珠擊處理、滾壓強化與表面處理製程參數對TC4鈦合金扣件疲勞壽命之影響

TC4 (Ti-6Al-4V) 鈦合金扣件在航空航太等領域中的應用廣泛，其根部圓角處容易發生疲勞失效，而導致嚴重的安全問題。
Ma 等人 [1] 利用疲勞試驗、量測殘留應力與圓角滾壓CAE應力分析等方法，評估TC4 鈦合金扣件根部圓角處，經過熱鍛成形與熱處理後(抗拉強度可達 1240 MPa)，再經不同條件的強化技術(珠擊處理、根部圓角滾壓強化)與表面處理技術(陽極處理、二硫化鉬塗層)，對其疲勞壽命的影響，從試驗及CAE分析結果知，珠擊處理和滾壓強化可以顯著提高扣件的疲勞壽命，而陽極氧化與二硫化鉬塗層，雖能提升扣件表面抗腐蝕能力、表面硬度與潤滑效果，但須謹慎控制陽極處理時間與塗層厚度，以避免對疲勞壽命的負面影響。以下為製程參數詳細說明。

強化技術的主要目的是要增加扣件表面的殘留壓應力，以提升其耐疲勞性能，包括：

(1)珠擊處理：增加表面殘餘壓應力，而大幅提升扣件的疲勞強度，減少疲勞裂紋的萌生與擴展。當殘留壓應力達到程度後，效果不再提升，且表面粗糙度持續增加，反而降低珠擊強化效果。

(2)根部圓角滾壓強化：增加表面殘餘壓應力，從而抵消部分疲勞載荷，減少裂紋的萌生與擴展，並提高扣件的疲勞強度。透過CAE分析可知，滾壓壓力需精準控制，壓力過低 (40 kg)，強化效果有限，壓力過高 (90 kg)，造成根部圓角過深，過渡不平順，造成應力集中，降低疲勞強度。

表面處理技術包括：

(1)陽極氧化：提高扣件表面的抗腐蝕能力，形成緻密的氧化膜，以增強扣件在苛刻環境中的耐久性。缺點為會降低表面殘留應力，影響疲勞強度，陽極氧化時間越長，則殘留應力降低越明顯。

(2)二硫化鉬塗層：提高扣件的潤滑性能，減少摩擦與磨損，並防止多次旋入旋出過程中扣件的黏著現象。缺點為高溫固化過程中，加熱造成應力釋放，減少殘留應力降低疲勞壽命，當塗層厚度增加，則殘留應力降低越多。

本篇技術論文探討了珠擊處理、根部圓角滾壓強化、陽極處理、二硫化鉬塗層等製程參數對 TC4 鈦合金疲勞壽命之影響，將可提供扣件業者，進行扣件疲勞強度製程設計與參數優化的參考依據。

應用該技術，可協助產業透過『珠擊處理、滾壓強化與表面處理製程參數對TC4鈦合金扣件疲勞壽命之影響』，建立『製程參數設計技術』之技術能量及相關研究開發之參考資料。

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#參考資料：

[1] Ma, Y., Dou, Z., Li, H., Wang, R., Xia, Y., Gao, Q., & Zhang, W. (2024, September). Research on the effect of manufacturing processes on the fatigue life of TC4 fasteners. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2842, No. 1, p. 012077). IOP Publishing., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2842/1/012077/meta

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2024-10-No1, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_3a3d6db5-39a9-4795-a13a-f38ceab3a65f

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Tag: #Fastener, #ShotPeening, #SurfaceTreatment, #Titanium, #Screw.

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