Fogaskerekek metallográfiai vizsgálata: elvek, módszerek és kulcsfontosságú ismeretek

Time : 2025-11-13

A fogaskerekek a mechanikus hajtások alapvető elemei, anyagaik tulajdonságai és hőkezelésük minősége közvetlenül befolyásolják az élettartamot és a megbízhatóságot. A metallográfiai vizsgálat mikroszkópos elemzéssel értékeli a fogaskerék-anyagok fontos jellemzőit, mint például a hőkezelési eljárásokat, edzett réteg mélységét és a szemcseméretet, így kritikus minőségellenőrzési módszernek számít.

Alapvető célok és vizsgálati szempontok

A fogaskerekek metallográfiai vizsgálatának elsődleges célja a termék teljesítményének biztosítása kritikus paraméterek értékelésén keresztül:

Edzett réteg mélysége: A karbonitrálással/keményítéssel előállított fogaskerekek kopásállóságának kulcsfontosságú mutatója (az ISO 6336 szabvány előírásai szerint).
Szemcseméret: Hatással van a fogaskerék szilárdságára és ütőmérékenységére (az ASTM E112 szabvány szerinti osztályozás).
Mikroszerkezet: A martenzit, a megmaradó ausztenit és a karbidok morfológiája határozza meg a fáradási viselkedést.
Felületi hibák: Azonosítja a csiszolási égéseket és repedéseket (az AIAG CQI-9 szabványnak megfelelően).

Alapvető mikroszerkezeti alkotóelemek

Ferrit (α): Testközéppontos kubikus (BCC) szerkezet, lágy és szívós alacsony keménységgel (~80HV), általában alacsony széntartalmú acélban és tiszta vasban fordul elő.
Ausztenit (γ): Lapközéppontos kubikus (FCC) szerkezet, nagy alakíthatóságú és nem mágneses, magas hőmérsékleten vagy magas ötvözetű acélokban, például 304-es rozsdamentes acélban és magas mangántartalmú acélban található.
Cementit (Fe₃C): Ortorombos kristályrendszer, kemény és rideg (~800HV), növeli a kopásállóságot, fehér öntöttvasban és magas széntartalmú acélban fordul elő.
Martenzit: Testközéppontos tetragonális (BCT) szerkezet, nagy keménységű (500–1000HV), edzéssel előállítható, edzett acélokban és szerszámacélokban használatos.

Gyakori mikroszerkezeti morfológiák

Mikroszerkezet típusa	Kialakulás feltételei	Teljesítmény jellemzők	Tipikus alkalmazások
Perlit	Lassú hűlés (eutektoidos átalakulás)	Kiegyensúlyozott szilárdság és szívósság	Sínacél, fogaskerék edzése és visszavághatósága
Bainit	Közepes hőmérsékletű izotermikus edzés	Nagyobb szilárdság és ütőkeménység, mint a perlité	Rugók, nagy szilárdságú csavarok
Szorbite	Visszavágott martensit (500–650 °C)	Kiváló komplex tulajdonságok	Tengelyek, hajtórudak

Tesztelési folyamat és szabványos módszerek

Mintavétel és mintaelőkészítés

Mintavételi helyek: Foghegy (a felületi edzés hatásának értékelése), foggyökér (feszültségkoncentrációs területek mikroszerkezetének elemzése), keresztmetszet (bordás edzési gradiens mérése).
Fő előkészítési lépések: Vágás → Beágyazás → Csiszolás → Polírozás → Maratás → Mikroszkópos megfigyelés.
Beágyazás: Epoxigyanta használata perfvédelem céljából (ajánlott hideg beágyazás a hőhatás elkerülésére).
Polírozás: Gyémánt polírozópaszttal történő tükrös felület létrehozása 0,05 μm-ig, hogy elkerüljük a karcolások zavaró hatását.

Maratószerek kiválasztása

Anyag típusa	Ajánlott maratószer	Hatás
Bordás acél	4% Nital (salétromsav-alkohol)	Egyértelműen láthatóvá teszi a martenzitet/ausztenitet
Nitridált acél	Pikrinsav + detergens	Kiemeli a nitridréteget (pl. γ'-Fe₄N)
Rozsdamentes acél fogaskerekek	Oxálsavas elektrolitikus marás (10 V, 20 mp)	Megkülönbözteti a σ-fázist és a karbidokat

Főbb vizsgálóberendezések

Optikai mikroszkóp (OM)

Alkalmazás: Alapvető mikroszerkezeti megfigyelés (pl. szemcseméret meghatározás).
Konfigurációs követelmények: 500×–1000× nagyítás, képelemző szoftverrel ellátott (pl. Olympus Stream).

Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM)

Előnyök: Nagy felbontású megfigyelés nemfém bevonatokról (pl. MnS) és összetétel-elemzés EDS segítségével.
Esetpélda: Szemcsehatár menti repedések kén-szegregáció következtében, szélerőmű-áttétel törésvizsgálatánál észlelve.

Mikrokeménység-mérés

Módszer: Vickers-keménység (HV0,3–HV1) gradiens mérések réteghőkezelési görbék elkészítéséhez.
Szabvány: Az ISO 2639 a réteghőkezelés mélységét a felülettől az 550HV1-es értékig terjedő távolságként határozza meg.

Mikroszerkezet-elemzés

Normál mikroszerkezetek

Melegítési folyamat	Ideális mikroszerkezet
Borítás és edzés	Finom tűs martensit + <10% maradék ausztenit
Indukciós edzés	Kriptokristályos martenzit + egyenletes átmeneti zóna
Gyomberesés és temperekedés	Megmunkált szorbite (egyenletes karbid eloszlás)

Gyakori hibák és okok

Túlzott bekarbonozás: Hálózatos karbidok a felületen, növelve a ridegséget és a fogfelületi hámlás kockázatát.
Csarnokégetés: A savas etetés után láthatóvá váló hőkezelési színek (ASTM E1257), megelőzhető előtolási sebesség szabályozásával és CBN köszörűkorongok használatával.
Edzési repedések: Felszín alatti terjedés éles végpontokkal (SEM-mel igazolható).

Hiba neve	Mikroszkopikus jellemzők	Okok és hatások
Widmanstätten-szerkezet	Tűszerű ferrit, amely behatol a szemcsékbe	A túlmelegedés csökkentett ütőmunkát eredményez
Sávos szerkezet	Váltakozó ferrit és perlit rétegek	Öntés- gördítési szegregáció okozza az anizotrópiát
Felforrás	A szemcsehatár-oxidáció vagy olvadás	Túl magas hevítési hőmérséklet teljes selejtezéssel jár

Előző: Rövid bevezetés a fogaskerék-profil módosításba

Következő: Nagy pontosságú fogaskerék-megmunkálás: letörés technológia

Összes kategória

Hírek