Metallografisk Undersøgelse af Tandhjul: Principper, Metoder og Nøgleviden

Kernemål og detektionspunkter

• Hærdedybde: En nøgleindikator for slidstyrke hos carboniterede/udskiftede gear (som krævet af ISO 6336-standard).
• Kornstørrelse: Påvirker gearstyrke og sejhed (klassificeret i henhold til ASTM E112).
• Mikrostruktur: Morfologier af martensit, rest-austenit og carbider bestemmer udmattelsesyvne.
• Overfladedefekter: Detekterer slibbrændinger og revner (i overensstemmelse med AIAG CQI-9-standard).

Grundlæggende mikrostrukturelle konstituenter

• Ferrit (α): Kubeform med kropscensrering (BCC), blød og sej med lav hårdhed (~80HV), almindelig i stål med lavt kulstofindhold og rent jern.
• Austenit (γ): Kubeform med fladecentrering (FCC), høj plastisk formevne og ikke-magnetisk, forekommer ved høje temperaturer eller i højlegeret stål som rustfrit stål 304 og manganrigt stål.
• Cementit (Fe₃C): Ortogonalt krystalsystem, hård og sprøg (~800HV) og forbedrer slidstyrke, findes i hvidt støbejern og stål med højt kulstofindhold.
• Martensit: Kubeform med kropscensrering og tetragonal deformation (BCT), høj hårdhed (500–1000HV), opnået gennem hakning, anvendes i hakket stål og værktøjsstål.

Almindelige mikrostrukturtyper

Testproces og standardmetoder

Prøvetagning og prøveforberedelse

• Prøvetagningspositioner: Tandtop (vurderer overfladehærdeeffekt), tandrod (analyserer mikrostruktur i spændingskoncentrationsområder), tværsnit (måler hærdningsgradient).
• Nøgelforberedelsesprocesser: Slibning → Indstøbning → Slidning → Polering → Ætsning → Mikroskopisk observation.
• Indstøbning: Brug epoksyhar for kantbeskyttelse (koldindstøbning anbefales for at undgå termisk påvirkning).
• Polering: Polish til 0,05 μm spejlefinish med diamantpoleringspasta for at undgå ridser.

Valg af ætsmiddel

Vigtigste testudstyr

Optisk mikroskop (OM)

• Anvendelse: Grundlæggende observation af mikrostruktur (f.eks. kornstørrelsesklassificering).
• Konfigurationskrav: 500×–1000× forstørrelse, udstyret med billedanalysesoftware (f.eks. Olympus Stream).

Scanningelektronmikroskop (SEM)

• Fordele: Højopløselig observation af ikke-metalliske inclusions (f.eks. MnS) og sammensætningsanalyse via EDS.
• Eksempel: Interkrystallinske revner forårsaget af svovl-segregation påvist ved brudanalyse af vindmøllegearet.

Mikrohårdhedstest

• Metode: Vickers-hårdhed (HV0,3–HV1) gradienttest for at oprette overfladehærdingskurver.
• Standard: ISO 2639 definerer overfladehærdingsdybde som afstanden fra overfladen til underlaget ved 550HV1.

Mikrostrukturanalyse

Normale mikrostrukturer

Almindelige fejl og årsager

• Overdreven carbonisering: Netværksdannelser af carbonider på overfladen, øger sprødhed og risiko for afdækning af tandoverflade.
• Slidemårbning: Temperfarver afsløret ved etsning (ASTM E1257), undgås ved kontrol af tilskudshastighed og brug af CBN-slidskiver.
• Hærderevs: Interkristaline revner med skarpe ender (bekræftet ved SEM).