Metalografická zkouška ozubených kol: principy, metody a klíčové znalosti

Ozubená kola jsou základní součástí mechanických převodů a jejich materiálové vlastnosti a kvalita tepelného zpracování přímo ovlivňují životnost a spolehlivost. Metalografické zkoumání prostřednictvím mikroskopické analýzy materiálů ozubených kol vyhodnocuje klíčové ukazatele, jako jsou procesy tepelného zpracování, hloubka cementování a velikost zrna, což slouží jako klíčová metoda kontroly kvality.

Základní cíle a detekční položky
Primárním cílem metalografického zkoumání ozubených kol je zajistit výkonnost produktu posouzením kritických parametrů:
Hloubka cementování: Klíčový indikátor odolnosti proti opotřebení nauhličených/kalených ozubených kol (podle požadavků normy ISO 6336).
Velikost zrna: Ovlivňuje pevnost a houževnatost převodu (tříděno podle ASTM E112).
Mikrostruktura: Morfologie martenzitu, zbytkového austenitu a karbidů určují únavové vlastnosti.
Povrchové vady: Detekuje popáleniny a praskliny od broušení (v souladu s normou AIAG CQI-9).

Základní mikrostrukturní složky
Ferit ( ): Těleso-centrovaná krychlová (BCC) struktura, měkká a houževnatá s nízkou tvrdostí (~80HV), běžná u nízkouhlíkových-ocel a čistého železa.
Austenit ( ): Face-centrovaná krychlová (FCC) struktura, vysoká plasticita a ne-magnetická, přítomná ve vysoko-teplotní nebo vysoce{3}}legované oceli, jako je nerezová ocel 304 a vysoce-manganová ocel.
Cementit (Fe₃C): Ortorombický krystalový systém, tvrdý a křehký (~ 800 HV) a zvyšuje odolnost proti opotřebení, který se nachází v bílé litině a -uhlíkové oceli.
Martenzit: Tělo-centrovaná tetragonální (BCT) struktura, vysoká tvrdost (500~1000HV) získaná kalením, používá se v kalené oceli a nástrojové oceli.

Běžné mikrostrukturální morfologie

Proces testování a standardní metody
Odběr vzorků a příprava vzorků
Pozice vzorkování: Vrchol zubu (vyhodnocuje účinek povrchového zpevnění), kořen zubu (analyzuje mikrostrukturu v oblastech koncentrace napětí), příčný řez (měří gradient cementování).
Klíčové přípravné kroky: Řezání → Montáž → Broušení → Leštění → Leptání → Mikroskopické pozorování.
Montáž: Pro ochranu hran použijte epoxidovou pryskyřici (doporučuje se montáž za studena, aby se zabránilo tepelným nárazům).
Leštění: Vyleštěte na 0,05μm zrcadlový povrch diamantovou leštící pastou, abyste zabránili poškrábání.
Výběr leptadla

Klíčové testovací zařízení
Optický mikroskop (OM)
Použití: Základní pozorování mikrostruktury (např. třídění velikosti zrn).
Požadavky na konfiguraci: 500×~1000× zvětšení, vybavené softwarem pro analýzu obrazu (např. Olympus Stream).
Rastrovací elektronový mikroskop (SEM)
Výhody: Pozorování nekovových vměstků (např. MnS) ve vysokém-rozlišení a analýza složení pomocí EDS.
Případový příklad: Mezikrystalové trhliny způsobené segregací síry zjištěné při analýze lomu převodovky na větrnou energii.
Testování mikrotvrdosti
Metoda: Gradientní testování tvrdosti podle Vickerse (HV0,3~HV1) pro vynesení křivek cementování.
Norma: ISO 2639 definuje hloubku cementování jako vzdálenost od povrchu k substrátu při 550 HV1.
Mikrostrukturní analýza
Normální mikrostruktury

Časté závady a příčiny
Nadměrné nauhličování: Síťové karbidy na povrchu, zvyšující křehkost a riziko odlupování povrchu zubů.
Popálení při broušení: Popouštěcí barvy odhalené mořením (ASTM E1257), kterému se zabrání řízením rychlosti posuvu a použitím CBN brusných kotoučů.
Kalení trhlin: Intergranulární šíření s ostrými konci (potvrzeno SEM).