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威峯科技 | 撰文 — 陳柏淳 螺絲產業高值化: 汽車與航太技術融合，台灣螺絲高質高值之路   #螺絲 #汽車 #航太 #高值化 #高品質 #台灣 #螺絲王國 引言 台灣是全球主要的螺絲生產與出口國之一，素有「螺絲王國」之稱。多年來，台灣廠商憑藉穩定的品質與大量生產能力，在國際市場上佔有一席之地。為了維持產業的優勢，我司記錄一次的所見所聞，期許各廠商能朝向高值化及高質化產品發展。 高值化的方向之一，便是針對高階應用開發高附加價值的螺絲、螺帽等，其中，引人注目的是汽車產業對超高強度螺栓的需求日益增加，汽車用的螺絲向來要求嚴苛（如引擎、底盤部位的螺栓），而隨著車輛性能提升與輕量化設計趨勢，傳統的強度等級如10.9級、12.9級的螺栓有時已無法滿足極端條件下的要求。為了進一步提高強度，汽車產業在開發14.8U等級以上的超高強度螺栓時，融合了源自航太業的MJ螺紋與貝氏體熱處理等先進技術，並由VDA和USCAR-IFI等機構制定了專屬等級標準。在這篇文章中，我們將探討台灣螺絲產業可以如何結合航太技術，打造汽車用超高強度螺栓，並就相關標準、設計理念與未來發展趨勢進行說明。 威峯科技 | 撰文 — 陳柏淳 牙型標準：MJ螺紋與高強度應用 在開發超高強度螺栓時，一項關鍵的設計要素是螺紋牙型，螺紋牙型決定了螺栓受力時應力分佈的情況，直接影響其疲勞壽命和可靠性，一般常見的公制螺紋（即 ISO 公制螺紋，通常標示為M，例如M8×1.25）牙型角為60度，牙頂與牙底通常有平坦截面或較小的圓角過渡。在一般強度的螺絲上，這種牙型已足以提供良好性能，然而，對於超高強度螺栓而言，傳統牙型可能產生過大的應力集中，導致疲勞開裂的風險增加，因此，汽車借鏡了航太領域採用的特殊的螺紋標準——MJ螺紋。 MJ螺紋是專為航太工業設計的公制螺紋標準，其定義見於 ISO 5855 標準，MJ牙型與一般M牙型最大的差異，在於螺紋根部（牙谷）的圓角半徑較大。雖然兩者同為60°牙型角，但MJ螺紋在牙谷處要求一個較大的圓弧過渡（根部半徑約為牙距的15%左右），而不是像普通螺紋那樣可能有明顯的尖角或僅極小的圓角【注: ISO 5855規範了MJ螺紋根部必須有一定尺寸的圓角】。這種設計使MJ螺紋的牙谷更加圓滑，能有效降低應力集中，在反覆受力（如振動載荷、交變應力）的條件下，減少應力集中意味著螺栓不易從螺紋根部開始疲勞裂紋，從而大幅提升其疲勞壽命。 除了圓角根部外，MJ螺紋與一般螺紋在尺寸公差上也有所不同。MJ螺紋通常搭配較嚴格的公差等級，以確保牙型精度。舉例而言，航太用的MJ螺栓常採用4h/5h這類較緊的公差帶，確保螺紋的每一處細節都精確成形，相比之下，一般工業用螺絲多採用6g等標準公差級別。總體而言，MJ螺紋代表著航太級的螺紋設計理念：透過優化牙型幾何來提高高強度螺絲的可靠性，隨著汽車螺栓強度等級的不斷提升，MJ螺紋正越來越多地被應用在汽車高強度螺絲上，成為連結航太與汽車兩大領域技術的一座橋樑。 威峯科技 | 撰文 — 陳柏淳 強度等級的演進：14.8U、15.8U、16.8U 傳統上，依照ISO 898-1標準，鋼製螺栓的強度等級最高為12.9級（抗拉強度約1220 MPa，屈服強度約90%以上比例），然而，隨著汽車產業對更高強度連接件的渴求，新型的強度等級開始出現，例如14.8、15.8、16.8等。這些級別的螺栓抗拉強度分別可達1400 MPa、1500 MPa甚至1600 MPa以上，遠超過傳統12.9級水準，值得注意的是，為了強調這些等級的特殊性，有些文獻或業界人士會在等級後加一個「U」字（如14.8U），表示其屬於Ultra-high（超高）強度範疇，區隔於一般標準中的強度等級。 14.8、15.8、16.8等級的提出，起源於汽車產業但深受航太領域的技術啟發，德國汽車工業協會(VDA)制定了相關標準（如VDA 235-205），專門規範了這些超高強度螺栓的技術要求。而在美國，汽車研究理事會(USCAR)聯合工業螺絲協會(IFI)也於2015年發布了《超高強度外螺紋螺絲指南》（UHSFG-1416U-2014），為14.8～16.8等級的螺栓提供製造與評估的指引，這些規範與指南指出了材料特性、熱處理、機械性能等方面的期望值，同時也強調了一些製程上的注意事項，【注: 例如指南中提及，抗拉強度達1400 MPa以上的螺栓宜具有貝氏體顯微組織，並採用適當工藝以避免氫脆】，從中可以看出，汽車產業在開發超高強度螺栓時，並非從零開始，而是充分借鑒了航太領域的成功經驗，將其融合進新的強度等級設計中。 威峯科技 | 撰文 — 陳柏淳 在技術層面，這些新強度等級的螺栓往往結合了航太級的設計理念和製程。例如： 優化的螺紋設計：正如前述，採用MJ牙型以提高疲勞壽命，這在14.8U等螺栓上已成為事實上的標配。 特殊的材料與熱處理：傳統12.9級螺栓多為回火馬氏體組織，而14.8/15.8級則傾向於使用貝氏體熱處理。貝氏體（Bainite）是一種介於珠光體和馬氏體之間的鋼材顯微組織，透過適當的等溫淬火（奧氏體化後在中溫浴中停留）形成。貝氏體組織能兼顧高強度與韌性，相較於同硬度的回火馬氏體，對氫脆（氫誘發延遲斷裂）敏感性較低。這意味著14.8U等超高強度螺栓在滿足強度的同時，能有一定的延展性與斷裂韌性。例如根據指南資料，16.8級螺栓雖然硬度高達HRC50左右，但仍要求至少約8%的伸長率，以確保不至過於脆硬。 以一份案例說明：美國某車廠公司的高強度汽車螺栓圖紙中，就指定了Property Class 14.8（依據VDA 235-205標準）為強度等級。該圖紙要求材料符合特定牌號（經熱處理可達貝氏體組織），更關鍵的是，在螺紋標註上清楚地寫著「MJ8×1.25-6g」，且附註「熱處理後滾牙」。這意味著螺栓直徑8mm、螺距1.25mm，牙型為MJ制式，公差6g，並且在完成熱處理後進行滾壓成型螺紋。這個例子將前述各點結合展現：14.8級的超高強度、MJ航太牙型設計、貝氏體級熱處理，全都融合在一顆小小的汽車螺栓上。由此可見，當前汽車產業的尖端螺絲產品，實已揉合了航太工業的設計哲學與製程技術。 威峯科技 | 撰文 — 陳柏淳 ...