磨削燒傷對齒輪產(chǎn)品的性能及使用壽命影響很大,目前,齒輪磨削燒傷的檢測方法主要有6種,即觀(guān)色法、酸蝕法、表層顯微硬度試驗法、殘余應力測定法、金相檢測法和磁彈法。為確保檢測結果的準確性和可靠性,有時(shí)需要采用兩種或兩種以上的方法配合使用。
1 觀(guān)色法(目測法)
所謂觀(guān)色法就是根據零件表面燒傷后所呈現的顏色來(lái)判別燒傷程度,從而確定磨削燒傷等級的方法。在磨削過(guò)程中,由于磨削速率較高,因而磨削區的溫度也會(huì )比較高。當磨削區的溫度升高到一定程度(對于普通鋼500℃以上)時(shí),工件表面就會(huì )形成一層氧化膜,這種膜隨厚度的不同,在光的反射干涉下,會(huì )呈現出不同的顏色,從燒傷由輕到重排列依次為:淺黃色、褐色、淺藍色、藍色、藍黑色。
圖1為某齒輪齒面經(jīng)過(guò)磨削后發(fā)生嚴重磨削燒傷的形貌
一般來(lái)說(shuō),磨削燒傷顏色越深,說(shuō)明燒傷層越厚,磨削燒傷越嚴重。從理論上講,燒傷顏色(即氧化膜顏色)完全能夠反映鋼材表面磨削受熱影響的程度。但實(shí)際上,由于鋼材表面受熱而氧化的情況很復雜,并且當有重磨或冷卻液時(shí),零件表面有時(shí)會(huì )不呈現顏色,這時(shí)并不能肯定零件表面無(wú)磨削燒傷。此,盡管該種方法比較直觀(guān),不需要專(zhuān)門(mén)設備,檢測費用較低,但是在使用和掌握上受主觀(guān)因素影響較大。因而,在對燒傷要求嚴格的場(chǎng)合,該方法不適合單獨使用。
1.2 酸蝕法
所謂酸蝕法就是利用鋼材不同的顯微組織對酸蝕有不同的敏感性,從而可從酸蝕后呈現的顏色來(lái)確定磨削燒傷級別。磨削中大多是產(chǎn)生回火燒傷,回火燒傷后磨削表面的顯微組織多數情況下是回火索氏體,該種顯微組織在酸蝕后呈黑色?磨削中有時(shí)也會(huì )產(chǎn)生二次淬火燒傷,該種磨削表面顯微組織一般情況下是淬火馬氏體加上其他少量組織,在酸蝕后通常白色區域周?chē)泻谏M織。這樣,就可以根據酸蝕后零件表面所呈現的顏色來(lái)確定磨削燒傷級別。
酸蝕法從理論上講是完全可行的,但在實(shí)際中,影響零件表面顏色變化程度的因素較多不易掌握,難以制定可操作性強的評定標準。另外,當被檢零件經(jīng)過(guò)酸蝕后,即使無(wú)問(wèn)題的零件,也不能不加處理的予以使用?因此,傳統的酸蝕法實(shí)際上是一種破壞性的檢測方法,僅適用于抽樣檢驗?
1.3 表層顯微硬度試驗法
表層顯微硬度試驗法是通過(guò)測量零件磨削表面顯微硬度的變化來(lái)判別磨削燒傷的程度?一般來(lái)說(shuō),磨削表面產(chǎn)生回火燒傷后,其表層顯微硬度會(huì )顯著(zhù)下降,即使當磨削表面產(chǎn)生二次淬火燒傷時(shí),盡管Z外表面的顯微硬度會(huì )有所提高,但次表面的顯微硬度也會(huì )顯著(zhù)下降。因此可以認為,表層顯微硬度下降越多,磨削燒傷就越嚴重。
從理論上講,表層顯微硬度的變化可以一定程度地反映磨削燒傷的程度,而且該種方法反應靈敏,數值可靠,即使很細微的變化也可以反映出來(lái)?但該種方法也有一定的局限性,即需要制做金相試樣,費時(shí)費工,而且屬于破壞性檢驗,所以在實(shí)際應用時(shí)一般都是只對少量工件作抽樣檢驗?對于干磨削,由于一般不產(chǎn)生二次淬火。因此,生產(chǎn)中可簡(jiǎn)化測試方法,采用測量表面硬度來(lái)判別磨削燒傷的程度。
1.4 殘余應力測定法
殘余應力測定法是通過(guò)測定磨削后零件表面層殘余應力的變化來(lái)確定磨削燒傷級別的方法。測定殘余應力的方法有很多,但在工程上應用比較普遍。精度較高的方法是X射線(xiàn)衍射應力分析技術(shù),而且該技術(shù)已被國際認可且具有國內外標準來(lái)確保測定的精度,其測定設備和配套儀器也都比較完善,已在齒輪行業(yè)被用來(lái)測定齒輪的殘余應力。
理論上講殘余應力測定法可以較全面地反映零件磨削燒傷的情況,但該方法使用起來(lái)較為復雜,所以在應用上也具有一定的局限性。
1.5 金相檢測法
金相檢測法是通過(guò)對金屬材料進(jìn)行顯微組織分析來(lái)判斷材料是否發(fā)生磨削燒傷的一種方法。一般鋼材,在淬火加低溫回火后,其正常顯微組織是回火馬氏體和殘余奧氏體。例如,17CrNiMo6鋼滲碳齒輪淬火加低溫回火,經(jīng)正常磨削后,其表面顯微組織為回火馬氏體和殘余奧氏體,齒輪表面發(fā)生磨削燒傷一般會(huì )出現兩種情況：
(1)齒輪在磨削加工過(guò)程中,如果工件表面層溫度超過(guò)其回火溫度,但未超過(guò)相變溫度,該種燒傷稱(chēng)為回火燒傷,這時(shí)表面的回火馬氏體轉變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或回火索氏體,如17CrNiMo6鋼滲碳齒輪淬火加低溫回火,經(jīng)非正常磨削后,其表面顯微組織為回火屈氏體。
(2)當磨削時(shí)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度,馬氏體轉變?yōu)閵W氏體,在磨削液急冷條件下,工件表層被淬火,這種燒傷稱(chēng)為淬火燒傷,則表層將形成二次淬火馬氏體,硬度比回火馬氏體要高,其下層為硬度較低的回火索氏體和回火屈氏體,如17CrNiMo6鋼滲碳齒輪淬火加低溫回火,經(jīng)非正常磨削后,其表面顯微組織為二次淬火馬氏體,不管哪一種情況的磨削燒傷,都改變了工件表面的顯微組織結構,降低了工件表面質(zhì)量。金相檢測法是一種較準確可靠的磨削燒傷檢測方法,但檢測時(shí)通常需要在被檢部位取樣,不可避免地會(huì )對工件造成破壞,屬于破壞性檢驗，另外對金相試樣的制備要求較為嚴格,檢測速率慢,過(guò)程復雜,不是一種實(shí)用的快速檢測手段。因此,金相法檢測磨削燒傷在實(shí)際應用上具有很大的局限性。
芬蘭應力技術(shù)公司開(kāi)發(fā)出的Rollscan250磨削燒傷檢測儀,主要用于檢測零件表面磨削燒傷及表面熱處理缺陷。
1.6 磁彈法
磁彈法即BN法(Barkhansen Noise Method),是以1919年發(fā)現的物理學(xué)巴克豪森(Barkhansen)效應為基礎開(kāi)發(fā)的一種測試方法,其能有效地對磨削燒傷進(jìn)行測試?據了解,近年來(lái)以Barkhansen原理為基礎研制的磁彈儀已在零部件表面磨削燒傷檢測中逐步得到應用,并充分顯現出其優(yōu)越性。
眾所周知,出現磨削燒傷的零部件,主要由鐵磁性材料制成?在正常情況下,其磁序(體現在多晶體的磁疇結構里)呈有規則的排列，但如前所述,磨削燒傷后產(chǎn)生的顯微組織變化及可能出現的較大殘余應力都將引起磁疇結構內的磁序發(fā)生變化，Barkhansen效應指出,矯頑(磁)力,即改變被顛倒極性所需要的磁場(chǎng)強度與鐵磁性材料晶格結構錯位和產(chǎn)生殘余應力等的程度有關(guān)，利用BN 法探測被檢零部件表面磨削燒傷的原理就在于此。
與酸蝕法、表層顯微硬度試驗法等傳統的磨削燒傷檢測方法相比較,磁彈法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）無(wú)需破壞工件表面,屬于一種無(wú)損檢測。
（2）適合檢測鐵磁材料表面和近表面缺陷,方便快速，精確度高,檢測時(shí),磨削燒傷值可以直接從儀器上讀出。
（3）在磨齒機上配備探頭夾持工裝后,借助其運動(dòng)機構可以實(shí)現自動(dòng)化操作,即可以在齒輪不下磨齒工作臺的狀態(tài)下對其進(jìn)行檢測,顯著(zhù)提高檢測工作效率?
在不破壞工件的情況下,磁彈法由于其快速、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),在國際上獲得了廣泛的應用。
需要注意的是,磁彈法檢測在國內剛剛起步,關(guān)于磁彈法檢測齒輪磨削燒傷評定,到目前為止,還沒(méi)有相關(guān)的國家及行業(yè)標準作為檢測依據。因此,在利用磁彈儀檢測磨削燒傷之前,需要進(jìn)行一定的基礎研究,結合公司產(chǎn)品的實(shí)際情況,制定出齒輪磨削燒傷的磁彈法檢驗標準,以便能更好地將磁彈法應用于齒輪產(chǎn)品的磨削燒傷檢測。
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