Metallografisk undersökning av växlar: Principer, metoder och nyckelkunskap

Kärnmål och detektionsobjekt

• Nitreringsdjup: En nyckelindikator för slitagebeständighet hos cementerade/kylslamade växlar (enligt ISO 6336-standard).
• Kornstorlek: Påverkar växlarnas hållfasthet och seghet (bedömd enligt ASTM E112).
• Mikrostruktur: Morfologin hos martensit, återhållen austenit och karbider avgör utmattningsegenskaper.
• Ytskador: Upptäcker slipbränningar och sprickor (i enlighet med AIAG CQI-9-standard).

Grundläggande mikrostrukturkonstituenter

• Ferrit (α): Kroppscentrerad kubisk struktur (BCC), mjuk och tough med låg hårdhet (~80 HV), vanlig i stål med lågt kolhalt och rent järn.
• Austenit (γ): Ytkoncentrerad kubisk struktur (FCC), hög plasticitet och icke-magnetisk, förekommer vid hög temperatur eller i höglegerat stål som rostfritt stål 304 och stål med hög manganhalt.
• Sementit (Fe₃C): Ortogonal kristallstruktur, hård och spröd (~800 HV) och förbättrar slitagebeständigheten, finns i vitt gjutjärn och stål med hög kolhalt.
• Martensit: Kroppscentrerad tetragonal struktur (BCT), hög hårdhet (500–1000 HV) erhållen genom härdning, används i härdat stål och verktygsstål.

Vanliga mikrostrukturmorfologier

Testprocess och standardiserade metoder

Provtagnings- och provförberedningsmetoder

• Provtagningspositioner: Tandtopp (utvärderar ythärdningseffekt), tandrot (analyserar mikrostruktur i spänningskoncentrationsområden), tvärsnitt (mäter ythärdningsgradient).
• Viktiga förberedelsesteg: Skärning → Inbäddning → Slipning → Polering → Ätning → Mikroskopisk observation.
• Inbäddning: Använd epoxihars för kantskydd (kallinbäddning rekommenderas för att undvika termisk påverkan).
• Polering: Polera till 0,05 μm spegelyta med diamantpolerpasta för att förhindra skrapmärken.

Val av ätmedel

Viktig testutrustning

Optisk mikroskop (OM)

• Användning: Grundläggande mikrostrukturobservation (t.ex. kornstorleksbedömning).
• Konfigurationskrav: 500×–1000× förstoring, utrustad med bildanalysprogramvara (t.ex. Olympus Stream).

Scanningelektronmikroskop (SEM)

• Fördelar: Högupplöst observation av icke-metalliska inneslutningar (t.ex. MnS) och sammansättningsanalys med EDS.
• Exempel från praktiken: Korngränsrissor orsakade av svavelsegregation upptäckta vid brottanalys av vindkraftverkets växellåda.

Mikrohårdhetstestning

• Metod: Vickershårdhet (HV0,3–HV1) gradienttest för att rita upp ythärdningskurvor.
• Standard: ISO 2639 definierar ythärdningsdjup som avståndet från ytan till basmaterialet vid 550HV1.

Mikrostrukturanalys

Normala mikrostrukturer

Vanliga fel och orsaker

• Övermåttig påkolsning: Nätformade karbider på ytan, vilket ökar sprödheten och risken för täthavsputsningar.
• Slipbränning: Återhämtningfärgningar avslöjade genom syning (ASTM E1257), förebyggande genom att kontrollera matningshastighet och använda CBN-slipverktyg.
• Härtningssprickor: Interkristallin utbredning med skarpa ändar (bekräftat med REM).