- 回首頁
- 機械工業雜誌
機械工業雜誌
購物提醒：當您要離開或跳轉頁面時，請先將您想要購買的文章加入購物車，以便快速紀錄完成購買流程!
摘要
本研究採用田口式實驗設計法探討微粒子珠擊（Micro Shot Peening, MSP）製程參數對材料表面完整性之影響。實驗結果顯示，經 MSP 處理後，S790 粉末冶金高速鋼 （Powder Metallurgical High Speed Steel, PM HSS）之表面硬度由 HV268.5 提升至 HV689.5，增幅達 2.57 倍；而 SKH59 高速鋼（High Speed Steel, HSS）之表面硬度則由 HV1046.8 提升至 HV1575.7，增幅為 1.51 倍。此外，S790 PM HSS 在低入射角條件下形成山脊狀表面織構。根據田口法分析結果，噴射壓力為影響表面粗糙度之主要因子；至於表面硬度之提升，SKH59 高速鋼主要受噴射壓力影響，而 S790 PM HSS 則以噴射角為關鍵因子。
Abstract
This study employed the Taguchi experimental design method to investigate the effects of micro shot peening (MSP) process parameters on the surface integrity of materials. The experimental results revealed that, after MSP treatment, the surface hardness of S790 powder metallurgical high-speed steel (PM HSS) increased from HV268.5 to HV689.5, representing a 2.57-fold enhancement, while the surface hardness of SKH59 high-speed steel (HSS) increased from HV1046.8 to HV1575.7, corresponding to a 1.51-fold improvement. In addition, ridge-like surface textures were observed on S790 PM HSS under lower injection angles. According to the Taguchi analysis, injection pressure was identified as the dominant factor influencing surface roughness. With respect to surface hardness improvement, SKH59 HSS was primarily affected by injection pressure, whereas S790 PM HSS was more significantly influenced by injection angle.
前言
微粒子珠擊（Micro Shot Peening, MSP）是一種表面強化技術，對於改善材料之機械性質（如表面硬度與疲勞強度）具有重要作用 [1]~[3]。MSP 利用粒徑小於 100 μm 之高硬度球形微粒（如鑄鋼、高速鋼或陶瓷），並結合高壓空氣反覆轟擊材料表面，使其表層發生塑性變形，從而提升表面硬度並引入殘留壓縮應力，以抑制裂縫萌生並降低裂縫傳播速率。由於工件在運轉過程中常伴隨高溫與高磨耗，易導致磨損與疲勞破壞，因此如何延長元件壽命已成為極需解決之重要議題。
田口法（Taguchi Method）為一種實現穩健實驗設計之方法，可透過因子與水準之最佳組合來提升製程可靠度 [4]。該方法廣泛應用於製造、材料選擇及輸入變數之最佳化領域。為有效減少實驗次數並獲得最佳化參數組合，通常依據控制因子與水準數目選擇適當之直交表。其數據分析則透過比較信噪比（S/N Ratio）來評估各控制因子對品質特性之影響。
S790 為一種採用粉末冶金法製造之高速鋼，其製程方法為利用氣霧造粒法獲得高純度球形金屬粉末，隨後經由熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing, HIP）燒結而成，其產品具備近乎完全緻密化之特色 [5]。因此，S790粉末高速鋼（Powder Metallurgical High Speed Steel, PM HSS）具有成分均勻、晶粒細小與優異機械性質等優點，並有效解決傳統鑄造態高速鋼中常見之偏析問題，因而表現出更佳之耐磨耗性能。在既有文獻中，雖已有針對 MSP 應用於傳統塊材之研究，但針對粉末冶金製程材料之研究仍相對有限。基於此，本研究將採用田口法進行實驗設計，以評估不同製程參數對於具有不同硬度與製造方式之材料所造成之影響。
實驗材料與方法
本研究選用 S790 PM HSS與 SKH59 HSS作為實驗材料。試片尺寸為 10 mm × 10 mm × 4 mm，並以線切割放電加製作而成。其化學成分分別列於表 1 與表 2。實驗設計採用田口法 L9（34）直交表，如表3所示，藉此分析MSP製程參數對表面特性之影響，並提出最佳參數組合。經MSP 處理後之顯微組織觀察使用光學顯微鏡與多功能環境場發射掃描式電子顯微鏡進行；表面粗糙度與表面形貌則利用三維雷射共軛焦顯微鏡量測；處理後之表面硬度則以微小維氏硬度機進行測試。
DOI:10.30256/JIM.202512_（513).0011
更完整的內容歡迎訂購
2025年12月號
(單篇費用：參考材化所定價)