Metalografické skúmanie ozubených kolies: Zásady, metódy a kľúčové poznatky

Time : 2025-11-13

Prevodové kolieska sú základnými komponentmi mechanického prenosu, pričom ich materiálové vlastnosti a kvalita tepelného spracovania priamo ovplyvňujú životnosť a spoľahlivosť. Metalografické skúmanie prostredníctvom mikroskopickej analýzy materiálu prevodových koliesiek vyhodnocuje kľúčové ukazovatele, ako sú procesy tepelného spracovania, hĺbka povrchovej kalene a veľkosť zŕn, čo predstavuje dôležitú metódu kontroly kvality.

Základné ciele a skúmané parametre

Hlavným cieľom metalografického skúmania prevodových koliesok je zabezpečiť výkon produktu posúdením kritických parametrov:

Hĺbka povrchovej kalene: Kľúčový ukazovateľ odolnosti voči opotrebeniu u cementovaných/kalených prevodových koliesok (v súlade so štandardom ISO 6336).
Veľkosť zŕn: Ovplyvňuje pevnosť a ťažkosť prevodového kolieska (hodnotené podľa ASTM E112).
Mikroštruktúra: Morfológia martenzitu, zachovanej austenitu a karbidov určuje únavové vlastnosti.
Povrchové chyby: Detekcia prasklín a popálenín po broušení (v súlade so štandardom AIAG CQI-9).

Základné mikroštrukturálne zložky

Ferit (α): Objemovo centrovaná kubická štruktúra (BCC), mäkký a húževnatý s nízkou tvrdosťou (~80 HV), bežný v nízkouhlíkových oceliach a čistom železe.
Austenit (γ): Plošne centrovaná kubická štruktúra (FCC), vysoká plasticita a nemagnetický, prítomný pri vysokých teplotách alebo vo vysokolegovaných oceliach, ako je nehrdzavejúca oceľ 304 a vysokomanganová oceľ.
Cementit (Fe₃C): Kosoštvorcová kryštálová sústava, tvrdý a krehký (~800 HV), zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu, nachádza sa v bielom liatinovom materiáli a vysokouhlíkových oceliach.
Martenzit: Objemovo centrovaná tetragonálna štruktúra (BCT), vysoká tvrdosť (500~1000 HV), dosiahnutá kalením, používa sa v kalených oceliach a nástrojových oceliach.

Bežné morfológie mikroštruktúr

Typ mikroštruktúry	Podmienky vzniku	Výkonové charakteristiky	Typické aplikácie
Perlit	Pomalé chladenie (eutektoidná transformácia)	Vyvážená pevnosť a húževnatosť	Oceľ na koľajnice, kalenie a popúšťanie ozubených kolies
Bainit	Izotermické kalenie pri strednej teplote	Vyššia pevnosť a húževnatosť ako perlit	Prípružiny, vysokopevnostné skrutky
Sorbit	Popustený martenzit (500~650 ℃)	Vynikajúce komplexné vlastnosti	Hriadele, ojnice

Postup testovania a štandardné metódy

Odber vzoriek a príprava vzoriek

Polohy odberu vzoriek: Vrchol zubu (vyhodnocuje povrchové kalenie), pätka zubu (analyzuje mikroštruktúru v oblastiach koncentrácie napätia), prierez (meria gradient povrchovej kalene).
Kľúčové kroky prípravy: Rezanie → Uchytenie → Brúsenie → Leštenie → Výdrž → Mikroskopické pozorovanie.
Uchytenie: Použite epoxidovú pryskyricu na ochranu hrán (odporúča sa studené uchytenie, aby sa zabránilo tepelnému vplyvu).
Leštenie: Leštiť na zrkadlový povrch s hrúbkou 0,05 μm pomocou diamantovej leštiacej pasty, aby sa predišlo rušivým riasam.

Výber výdrže

Typ materiálu	Odporúčaná výdrž	Efekt
Dusičkovaná oceľ	4% Nital (kyselina dusičná – alkohol)	Jasne zobrazuje martenzit/austenit
Nitridovaná oceľ	Kyselina pikrová + detergent	Zviditeľňuje nitrídovú vrstvu (napr. γ'-Fe₄N)
Oceľové prevodové kolieska z nehrdzavejúcej ocele	Elektrolytické leptanie oxalovou kyselinou (10 V, 20 s)	Odlišuje σ fázu a karbidy

Kľúčové skúšobné zariadenie

Optický mikroskop (OM)

Použitie: Základné pozorovanie mikroštruktúry (napr. triedenie veľkosti zŕn).
Požiadavky na konfiguráciu: zväčšenie 500× až 1000×, vybavené softvérom na analýzu obrazu (napr. Olympus Stream).

Skenovací elektrónový mikroskop (SEM)

Výhody: Pozorovanie nekovových inklúzií s vysokým rozlíšením (napr. MnS) a analýza zloženia pomocou EDS.
Príklad prípadu: Medzirkryštalickej trhlina spôsobená segregáciou síry zistená pri analýze lomu prevodovky pre veterné elektrárne.

Skúška mikrotvrdosti

Metóda: Gradientná skúška Vickersovej tvrdosti (HV0,3~HV1) na zostrojenie kriviek povrchovej kalene.
Štandard: ISO 2639 definuje hĺbku povrchovej kalene ako vzdialenosť od povrchu po základnej hmote pri 550HV1.

Analýza mikroštruktúry

Normálne mikroštruktúry

Proces tepelného úpravu	Ideálna mikroštruktúra
Cementácia a kalenie	Jemná ihlovitá martenzit + <10 % zachovanej austenitu
Indukčné kalenie	Kryptokryštalický martenzit + rovnomerná prechodová zóna
Kupeľ a zmrzľovanie	Popúšťaný sorbit (rovnomerné rozloženie karbidov)

Bežné chyby a ich príčiny

Prílišná nasycovacia karburácia: Sieť karbidov na povrchu, čo zvyšuje krehkosť a riziko odlupovania povrchu zubov.
Spálenie počas brúsenia: Zafarbenie popúšťania viditeľné po vylúhovaní (ASTM E1257), predchádza sa kontrolovaním posuvnej rýchlosti a používaním brúsnych kotúčov z CBN.
Zracie trhliny: Interkrystalický postup s ostrými koncami (potvrdené SEM).

Názov chyby	Mikroskopické charakteristiky	Príčiny a dopady
Widmanstättenova štruktúra	Ihlovitý ferit prenikajúci zrnenie	Prehriatie vedie k zníženej ťažkosti
Pruhová štruktúra	Striedavé vrstvy feritu a perlitu	Segregácia pri liatí a valcovaní spôsobuje anizotropiu
Prehrievanie	Oxidácia alebo tavenie na hraniciach zŕn	Nadmerne vysoká teplota ohrevu má za následok úplné vyraďovanie

Späť: Krátky úvod do modifikácie profilu ozubených kolies

Ďalej: Spracovanie ozubených kolies s vysokou presnosťou: Technológia fazetovania

Všetky kategórie

Správy