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2041不銹鋼在高爾夫鍛造鐵頭研究

本文利用合金設計開發新型鍛造雙相不銹鋼合金，以為高爾夫球桿頭應用之參考，合金成分設計為：20.0±1.0wt.%Cr、4.5±0.5wt.%Ni、0.7± 0.3wt.%Mn、0.5±0.3wt.%Si、0.05±0.03wt.%C，和/或0.8±0.2wt.%Nb。合金成分介於此範圍內者，經鍛造與熱處理後，其基本顯微結構為肥粒鐵+(25~38)%沃斯田鐵。根據目前研究顯示： 合金A(20.1%Cr、4.53%Ni、0.90%Mn、0.40%Si與0.08%C)經鍛造後，其機械性質為：抗拉強度944MPa，降伏強度368MPa，延伸率19.8%，以及硬度HRc17.5。經過550℃~1050℃不同時間退火後，其機械性質範圍為：抗拉強度866~980MPa，降伏強度364~789MPa，延伸率11.9~33.0%，以及硬度HRc11~26。合金B(20.3%Cr、4.34%Ni、0.81%Mn、0.56%Si、0.04%C與0.88%Nb)經鍛造後，其機械性質為：抗拉強度954MPa，降伏強度367MPa，延伸率21.6%，以及硬度HRc18.5。經過550℃~1050℃不同時間退火後，其機械性質範圍為：抗拉強度861~994MPa，降伏強度367~785MPa，延伸率12.7~33.4%，以及硬度HRc10~27。合金A與B經鍛造與1050℃退火，可獲致最佳的強度與延伸率組合，且球頭具備易調桿與不易生銹之特性。

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晶粒度對析出硬化型不銹鋼強度的影響

高爾夫球球道木桿頭，在沒有特徵時間(CT)的限制下，設計皆朝向薄化(材料的極限)，因此，高溫熱處理的變異量，影響甚大。目前商用高爾夫球球道木桿頭，以455、465、17-4析岀硬化型不銹鋼為大宗，本文主要目的為探討455、465、17-4析岀硬化型在高溫熱處理晶粒大小對機械性質的影響，基本的顯微結構是麻田散鐵；且晶粒越大，與抗拉強度、降伏強度成反比、與硬度及延伸率無明顯差異，高溫熱處理溫度介於850-1050℃結果如下所示： 1. 455不銹鋼經不同高溫熱處理後，其抗拉強度、降伏強度與延伸率，分別介於140-164ksi、130-149ksi、10.7-11.5%之間。機械性質與晶粒大小之關係為，σY=125.4+101.6D-1/2，其中晶粒大小介於12.7至59.2μm之間。 2. 465不銹鋼經不同高溫熱處理後，其抗拉強度、降伏強度與延伸率，分別介於145-155ksi、140-143ksi、11.7-12.4%之間。機械性質與晶粒大小之關係為，σY=139.5+310D-1/2，其中晶粒大小介於44.5至50.4μm之間；另可觀察到晶粒大小變化不大，受來料(未熱處理)晶粒過大影響，顯示晶粒大小有上限。 3. 17-4PH不銹鋼經不同高溫熱處理後，其抗拉強度、降伏強度與延伸率，分別介於157-165ksi、142-150ksi、40-16%之間。機械性質與晶粒大小之關係為，σY=141.6+73.4D-1/2，其中晶粒大小介於14.0至38.9μm之間。 4. 以上結果符合Hall-Petch方程式，同時觀察，1770低合金鋼經不同高溫熱處理後，其抗拉強度、降伏強度與延伸率，分別介於151-158ksi、140-150ksi、11.0-11.2%之間。機械性質與晶粒大小之關係為，σY=139.2+46.4D-1/2，其中晶粒大小介於12.5至35.4μm之間，亦與上述結果相似。

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鐵鋁錳合金在人工唾液下之電化學分析

本文主要分析鐵-7.8鋁-28錳-0.7碳-5鉻合金，經不同熱處理後，其在人工唾液下之電化學腐蝕特性。合金於經1050℃顯微結構，基本上為沃斯田鐵(γ)基地加上少量島狀肥粒鐵(α)組織。合金經450℃~750℃短時間處理後，其電化學腐蝕電位為-0.226eV~-0.261eV，隨著溫度提高而下降。於在550℃與750℃，延長熱處理時間後，其電化學腐蝕電位分別介於-0.230eV~-0.248eV與-0.261eV~-0.312eV之間；隨著時間延長而有下降之趨勢。 比對SEM顯微組織發現：合金晶粒越大，晶界存在析出物，以及基地微小析出物的存在，將降低電化學腐蝕電位，當腐蝕電位越大越適合在生醫領域上應用。另外，與其他學者研究比較，發現：合金在人工唾液下，腐蝕電位遠高於在其他溶液條件下，且與鈦合金相近，且鐵鋁錳合金具有高強度與韌性的組合，故本合金在非植入性生醫材料，具有極大的發展潛力。

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高特徵時間球道木桿之開發

本研究主要為分析465PH不銹鋼，設計成10種不同花紋造型之高爾夫球球頭打擊面，探討其對特徵時間(Characteristic Time, CT)之影響，另外不同造型花紋之球頭，同時經由打擊面厚度的變化，探討是否對CT造成影響。本研究運用簡單線性迴歸模式，了解其相關因素與未來設計關鍵，分析的結果內容如下： 1. 球頭在經過研磨後，左邊測點及中間測點CT值都有上升的趨勢，僅右邊之測點CT值沒有上升，反而下降。 2. 球頭打擊面中心點的厚度研磨0.1mm後，與其CT值變化量呈現顯著的相關性(p=0.008)。 3. 花紋造型為水平造型時，此特徵和其他造型相比下，會與球頭打擊面左邊測點之CT值與CT變化量呈現顯著的相關(p=0.004, p=0.004)。花紋造型為直條狀時，此特徵和其他造型相比下，中心測點之CT值有顯著的相關(p=0.008)。

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矽錳比對黃銅合金析出之影響

1.合金A(矽錳比0.23)、B(矽錳比0.25)鍛造後未經熱處理主要結構為：αCu+Mn5Si3相，合金C(矽錳比0.36) 鍛造後未經熱處理主要結構為αCu+βCu+Mn5Si3 2.合金A經高溫固溶後，其主要析出物為Mn5Si3，其析出物大小及數量隨著時間升高及持溫時間拉長而增加，當固溶溫度達790°C時基地產生βCu相；合金B經高溫固溶後主要析出物為Mn5Si3相與針狀析出物，固溶溫度達760°C時基地產生βCu相，當固溶溫度達820°C時其析出物消失；合金C固溶後主要析出物為Mn5Si3相固溶溫度在760°C以下時主要結構為αCu+βCu；760°C以上時為βCu單相結構。 3.時效處理後合金A、B主要析出物為Mn5Si3+針狀析出物；合金C主要析出物為Mn5Si3相，析出物數量與溫度、時間呈相關性。 4.在相同的熱處理條件下可發現矽錳的比例越高其Mn5Si3析出物數量及大小都有增加的趨勢；鐵元素對於Mn5Si3析出物的析出具有影響性。 5.針狀析出物經TEM擇區繞射圖分析後，為Orthorhombic結構其晶格常數a=0.486nm，b=0.443nm，c=1.095nm。

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空調機系統振動噪音量測診斷程序之發展

迴轉式壓縮機安裝於空調機系統匹配之振動噪音問題，一直是業界所關心與注重的課題之一，找出空調機系統結構所產生的振動噪音來源與改善，為目前廠商極力解決之重點項目。本文主要目標在於發展空調機系統振動噪音診斷程序，首先介紹振動與噪音的量測方法，包含收受端測試(Receiver test, R- test)及路徑端測試(Path test,P- test)，並探討了空調機系統內部結構路徑，其吸入口與吐出口銅管為主要有興趣研究區域，且進行P-test透過實驗模態分析(EMA)求得結構振動特性。接著探討空調機之噪音特性，發現吸入口與吐出口銅之振動模態有其關聯性，並採用有限元素分析(FEA)對吸入口與吐出口銅管進行路徑分析(Path-analysis)建立吸入口與吐出口銅管之有限元素模型，透過EMA之實驗結果校準其管路系統模型。結果顯示，管路系統模型以三維樑元素(BEAM) 與三維線性立方體元素(SOLID)分別建立有限元素模型，都能有效的適當模擬吸入口與吐出口銅管之振動特性。且最重要的是可以觀察顯示管路系統結構之模態振型，可據與輔助空調機系統之振動噪音診斷。

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複合型雨刷之模型驗證與碰撞模擬

雨刷是主要用途於清除擋風玻璃上的雜質及雨水，使駕駛人能夠有清晰的視線。雨刷品質檢測是一個重要議題，特別是雨刷碰撞試驗，其中雨刷之塑性變形不能超過規定範圍，本文研究目的在於，以電腦輔助工程分析(CAE)技術模擬雨刷之碰撞動態情形，以預測雨刷受碰撞後，可能會造成塑性變形或應力集中位置。由於複合型雨刷零組件繁多且複雜，首先必須了解雨刷上主要結構組成與零件之材料參數，運用有限元素分析(FEA)與實驗模態分析(EMA)進行雨刷單一零件之模型驗證，確認結構之實際材料參數，再針對複合型雨刷進行模型驗證，得到等效於實際結構之有限元素模型。另一方面，以系統方塊圖理念，從輸入、幾何、材料、邊界及接觸介面，通過一系列基準案例之研究，確定合理的模擬分析設定進行分析，最後以簡化雨刷模型進行碰撞模擬，分為自由落下、旋轉接觸及刷片底部接觸力之分析，在模擬雨刷碰撞分析技術，後續可套用於各種類雨刷，降低開發成本。

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鐵琴片音場分析與聲音品質評價技術之探討

一般市面上打擊樂器種類繁多，可分為有調打擊樂器及無調打擊樂器，卻沒有一個標準聲音品質評價技術來評價眾多打擊樂器的聲音品質，本研究針對結構振動分析與最佳化設計之研發成功案例的具簡諧倍頻音打擊樂器進行聲振耦合分析，獲得音場之響應預測之頻譜，建立客觀評價指標，並探討主客觀指標之關聯性，探討打擊樂器聲音品質之評價技術之應用，其技術可應用於其他打擊樂器。本研究採用有限元素分析，分別探討簡諧鐵琴片之結構模態與空氣結構耦合模態之特性，進而了解區別結構振動模態與空氣結構耦合之聲場模態之關聯性。透過文獻回顧參考各種樂器的樂音評估指標，本文建立了打擊樂器客觀評價之參考指標，並透過各種客觀指標之範例探討對打擊樂器之適用性，了解音準、音色、持續度、頻譜質心等指標於打擊樂器的評價。利用聲音模擬程式模組由實際聲音頻譜特性可以模擬出對應的實際聲音響應，透過人耳感覺評斷探討其程式模組之可行性，最後，利用聲音量測分析程式與聲音模擬程式模組，探討打擊樂器主客觀評價指標之關聯性，且評價指標之關聯性具有合理性，適用於其他不同種類的打擊樂器。

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應用CAE於迴轉式壓縮機之模型驗證與輔助噪音診斷

壓縮機之噪音改善傳統做法常以收受端的實驗量測方式進行噪音診斷，比對壓縮機振動與噪音線性頻譜與1/3八音頻譜找出特定噪音貢獻頻帶，接著對壓縮機進行拆解，逐一確認壓縮機次系統之振動特性找出可能異音零件，進行設計變更作測試。電腦輔助工程分析(CAE)已經廣泛採用取代傳統的試誤法，以輔助產品的設計模擬分析與響應預測。 本論文為對迴轉式壓縮機之分析模型進行模型驗證以確認分析模型的可靠度，透過分析模型觀察壓縮機內部結構之振動特性找出壓縮機產生異音的可能零件，以輔助壓縮機之噪音診斷。迴轉式壓縮機由多個次系統組成，本研究將分別以CAE軟體建構其有限元素模型，並進行理論模態分析(TMA)；也分別由實驗模態分析(EMA)與CAE理論分析執行模型驗證的程序，透過比較由EMA及TMA分別求得的結構模態參數，可以據以更新確認分析模型的系統參數，如零件的材料性質及接觸介面設定等。結果顯示，每一個次系統及整體的壓縮機系統模型，由觀察比較結構系統的自然頻率及模態振型有合理的對應，可以達到模型驗證的目的。藉由壓縮機有限元素分析模型可幫助觀察內部結構的振動特性，找出可能異音來源輔助噪音診斷，最後發展迴轉式壓縮機虛擬測試，達到縮短開發時程、降低開發成本之目的。

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鈦-15鉭-15鈮合金鑄件顯微結構分析

目前鈦合金在生醫材料發展，主要以鈦-鈮、鈦-鉬與鈦-鉭合金系統為主。鈦-15鉭-15鈮鑄造合金具有：抗拉強度102ksi、降伏強度72ksi、延伸率12%、楊氏係數80GPa，與常用商用生醫材料G4與64Ti 比較，極具發展潛力。本主要分析鈦-15鉭-15鈮合金鑄造之顯微結構，以為生醫材料應用加工之基礎。主要研究結果如下： 1.鈦-15鉭-15鈮合金鑄造狀態下，其顯微結構為五種相混合存在，包括：六方最密堆積(HCP)結構αa、αb相、體心立方(BCC)結構β相、六方(hexagonal)結構ω相與體心立方(BCT)結構H相。 2.根據I0001/I0002比值顯示：αa為合金元素較低相，αb為高合金元素合金混合相；兩相沿著0001軸，差距1~2°，此現象並無學者提出。β和ω相存在，則與一般學者觀察一致。另外，H相結構為新發現之相；根據TEM繞射圖型分析顯示：H(Hui)相為體心四方(BCT)結構，其晶格常數為a=b=0.328nm，c=0.365nm，c/a≒1.11。 3.合金鑄造狀態之混合相，存在方向關係為： {0001}α//{110}β//{1 ̅21 ̅0}ω//{101 ̅}H (011 ̅0)α//(11 ̅2)β//(1 ̅010)ω//(121)H