גלגלי שיניים הם מרכיבי ליבה של הילוכים מכניים, ותכונות החומר ואיכות הטיפול בחום שלהם משפיעים ישירות על חיי השירות והאמינות. בדיקה מטאלוגרפית, באמצעות ניתוח מיקרוסקופי של חומרי ציוד, מעריכה אינדיקטורים מרכזיים כגון תהליכי טיפול בחום, עומק התקשות המארז וגודל הגרגר, המשמשת כשיטת בקרת איכות חיונית.
יעדי ליבה ופריטי איתור
המטרה העיקרית של בדיקה מטאלוגרפית של ציוד היא להבטיח את ביצועי המוצר על ידי הערכת פרמטרים קריטיים:
עומק התקשות המארז: אינדיקטור מרכזי לעמידות בפני שחיקה של גלגלי שיניים מפוחמים/מרווים (כנדרש בתקן ISO 6336).
גודל גרגר: משפיע על חוזק הילוכים וקשיחות (מדורג לפי ASTM E112).
מיקרו-מבנה: מורפולוגיות של מרטנזיט, אוסטניט שמור וקרבידים קובעות את ביצועי העייפות.
פגמים פני השטח: מזהה כוויות שחיקה וסדקים (תואם לתקן AIAG CQI-9).
מרכיבים מיקרו-סטרוקטורליים בסיסיים
פריט ( ): מבנה-מעוקב בגוף (BCC), רך וקשיח עם קשיות נמוכה (~80HV), נפוץ בפלדת פחמן נמוכה- ובברזל טהור.
Austenite ( ): מבנה-מעוקב במרכז (FCC), פלסטיות גבוהה ולא-מגנטית, קיים בפלדת סגסוגת- גבוהה או גבוהה- כמו פלדת אל חלד 304 ופלדת מנגן גבוהה-.
צמנטיט (Fe₃C): מערכת גבישים אורתורומבית, קשה ושבירה (~800HV) ומשפרת את עמידות הבלאי, המצוי בברזל יצוק לבן ובפלדת פחמן גבוהה-.
מרטנזיט: מבנה טטראגונל (BCT) במרכז הגוף, קשיות גבוהה (500~1000HV) המתקבלת באמצעות הרג, בשימוש בפלדה מרווה ובפלדת כלי עבודה.
מורפולוגיות מיקרוסטרוקטורליות נפוצות
| סוג מיקרו | תנאי גיבוש | מאפייני ביצועים | יישומים אופייניים |
|---|---|---|---|
| פרלייט | קירור איטי (טרנספורמציה אוקטואידית) | כוח וקשיחות מאוזנים | פלדת מסילה, מרווה ציוד וחיסום |
| ביינייט | מרווה איזותרמית בטמפרטורה-בינונית | חוזק וקשיחות גבוהים יותר מאשר פרלייט | קפיצים, ברגים- בחוזק גבוה |
| סורביט | מרטנסיט מחוסמ (500 ~ 650 מעלות) | מאפיינים מקיפים מצוינים | פירים, מוטות חיבור |
תהליך בדיקה ושיטות סטנדרטיות
דגימה והכנת דגימות
עמדות דגימה: החלק העליון של השן (מעריך את השפעת התקשות פני השטח), שורש השן (מנתח מבנה מיקרו באזורי ריכוז מתח), חתך רוחב (מודד שיפוע התקשות של מקרה).
שלבי הכנה עיקריים: חיתוך ← הרכבה ← השחזה ← ליטוש ← תחריט ← תצפית מיקרוסקופית.
הרכבה: השתמש בשרף אפוקסי להגנה על הקצוות (הרכבה קרה מומלצת כדי למנוע פגיעה תרמית).
ליטוש: ליטוש עד 0.05 מיקרומטר גימור מראה עם משחת ליטוש יהלומים למניעת הפרעות שריטות.
מבחר תחריט
| סוג חומר | אצ'נט מומלץ | אֵפֶקְט |
|---|---|---|
| פלדה קרבורית | 4% ניטל (חומצה חנקתית-אלכוהול) | מציג בבירור מרטנסיט/אוסטניט |
| פלדה ניטרידית | חומצה פיקרית + חומר ניקוי | מדגיש שכבת ניטריד (למשל, '-Fe₄N) |
| גלגלי שיניים מנירוסטה | תחריט אלקטרוליטי של חומצה אוקסלית (10V, 20s) | מבחין בין פאזה σ לבין קרבידים |
ציוד לבדיקות מפתח
מיקרוסקופ אופטי (OM)
יישום: תצפית מיקרו-מבנה בסיסית (למשל, דירוג גודל גרגרים).
דרישות תצורה: הגדלה של 500×~1000×, מצוידת בתוכנת ניתוח תמונה (למשל, Olympus Stream).
מיקרוסקופ סורק אלקטרוני (SEM)
יתרונות: תצפית-ברזולוציה גבוהה של תכלילים לא-מתכתיים (למשל, MnS) וניתוח הרכב באמצעות EDS.
דוגמה למקרה: סדקים בין-גרנוליים הנגרמים על ידי הפרדת גופרית שזוהו בניתוח שבר בתיבת הילוכים בכוח הרוח.
בדיקת מיקרו קשיות
שיטה: בדיקת שיפוע קשיות Vickers (HV0.3~HV1) כדי לשרטט עקומות התקשות.
תקן: ISO 2639 מגדיר את עומק התקשות המארז כמרחק ממשטח למצע ב-550HV1.
ניתוח מיקרו-מבנה
מיקרו מבנים רגילים
| תהליך טיפול בחום | מבנה מיקרו אידיאלי |
|---|---|
| קרבוריזציה ומרווה | מרטנסיט אצילי עדין +<10% retained austenite |
| התקשות אינדוקציה | מרטנזיט קריפטו-גבישי + אזור מעבר אחיד |
| מרווה ומזון | סורביט מחוסמ (חלוקת קרביד אחידה) |
פגמים וגורמים נפוצים
קרבוריזציה מופרזת: קרבידים ברשת על פני השטח, הגדלת שבירות וסיכון להתפרקות משטח השיניים.
שריפת שחיקה: צבעי מזג מתגלים על ידי כבישה (ASTM E1257), נמנעים על ידי שליטה בקצב ההזנה ושימוש בגלגלי שחיקה CBN.
כיבוי סדקים: ריבוי בין-גרגירי עם קצוות חדים (אושר על ידי SEM).
| שם הפגם | מאפיינים מיקרוסקופיים | גורמים והשפעות |
|---|---|---|
| מבנה Widmanstätten | פריט אצילי פולש לדגנים | התחממות יתר מובילה לקשיחות מופחתת |
| מבנה רצועות | שכבות מתחלפות של פריט ופרלייט | ליהוק-הפרדה מתגלגלת גורמת לאנזיטרופיה |
| התחממות יתר | חמצון או התכה של גבול התבואה | טמפרטורת חימום גבוהה מדי גורמת לגריטה מוחלטת |