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微觀世界真奇妙 淺談金相分析之應用
  • 發布年度:2012
  • 主要類別:環保能源
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 零件品質部 品質性能課 林裕翔

    隨著科技進步及人們對車輛性能之要求與日俱增,車輛產業已開始產生變化,從早期以駕駛控制為主之引擎、變速箱、煞車等系統,轉變為藉由電子控制系統中設定之理想模式導入控制,來減少駕駛時之安全顧慮及操控失誤風險;此外,在車體底盤及輪圈之部分,為了降低車身重量達到輕量化,許多結構件已從鋼材轉換為使用強度重量比相對較高之輕合金材料甚至是複合材料;透過多樣化材料之應用,不僅增加了車輛操控之安全性亦提高其性能表現,但相對的,如果其中任一組件失效,都將可能造成車輛故障或是影響行車安全,因此這些關鍵組件在開發及量產過程中的驗證,可是一點都馬虎不得。

    在上述產品開發的過程中,必須依據其可能使用之環境及耐久壽命等進行考量,並進行一連串環境試驗、疲勞耐久強度及實車測試等項目來驗證開發產品是否符合設計,並能夠滿足設定之使用環境;但是在產品開發過程中,開發者要如何確認及修正製程及訂定產品使用材料之品質條件呢,此時,導入微觀金相分析技術即是必備的一種檢測手法。

    在此將藉由不同的產品來進行實例應用說明:
    (一)輕合金輪圈
    以A356鑄造鋁合金輪圈的開發過程為例,其中有幾大重要因素,包含:合適之外型設計、合適之材質及製程控制、外型結構設計影響到結構之強度及鑄造過程之鋁液流動性,其中後面兩項可以利用CAE結構分析及模流設計來優化,而材質及製程之確認,就需要透過在實體輪圈上之幾個關鍵部位取樣切片來進行材料金相分析,並運用金相分析技術,了解最終產品中是否有產生過多非預期之介在物及空孔,且微結構(如樹枝狀結構)分佈、形狀、間距等等是否符合設定範圍,進而執行相關分析工作,並依分析結果進行製程上之調整及設定量產時抽樣檢測之標準,在ENKEI等輪圈大廠之開發及品保工作中,金相微結構分析更是必須且重要之環節,如圖一即為鑄造鋁輪圈輪緣部份之微結構金相圖。 

    圖一、輕合金輪圈切片之微觀結構

    (二)煞車來令片
    煞車來令片是運輸車輛中非常重要之保安部件,其是藉由不同功用之材料,如纖維強化材、增減磨填料、樹脂基材等所混合製成之複合材料,一般來說煞車來令片會依據不同車型及消費者需求之制動模式、效能進行開發,因此材料配方和製程即為影響產品最終性能之關鍵項目,而這些預定材料之組成、分佈及不同相之間的結合是否理想,即可以透過金相切片來觀察,且在進行規劃之磨擦制動試驗後,如果煞車效能不如預期,例如明顯之磨擦係數衰退現象,亦可透過此方式來進行分析,找出原因來對症下藥。

    圖二、煞車來令片切片之微觀結構

    (三)電路板元件
    車上所有電子控制元件皆是由不同之IC電路板設計組成,這些電路元件使用環境是在室外且須承受震動、高低溫變化衝擊等嚴苛條件,相較於3C產品來說,除了使用環境更嚴苛外,其故障時更可能影響行駛安全,因此反覆的開發及測試驗證將非常重要;在電路元件中,焊接點之失效是最為常見的故障原因,因此焊接點檢查即為品質符合性驗收之要項,是各大車廠必定要求之檢測項目,主要需檢查是否有空孔、冷焊、裂紋、焊錫不良等現象,如圖三即為一般IC元件之焊接點切片。

    圖三、IC電路板焊接點切片分析

    除了上述零組件外,像是瓦斯車之鋼瓶焊接點品質、螺絲及和尚頭等表面硬化耐磨鍍層之品質及厚度等項目,皆可藉由金相分析來進行檢測,並且更可依據不同的使用環境需求訂定出合適之材料微結構標準,來協助品保單位在量產過程中進行品質管控。

    如果有任何問題或需要進一步的資訊,請洽車輛中心:
    品質性能課 林章能 工程師,分機7226,e-mail:cnlin@artc.org.tw;林裕翔 工程師,分機3336,e-mail:rosonlin@artc.org.tw

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