磨削燒傷對(duì)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(cè)方法主要有6種,即觀色法、酸蝕法、表層顯微硬度試驗(yàn)法、殘余應(yīng)力測(cè)定法、金相檢測(cè)法和磁彈法。為確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)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 觀色法(目測(cè)法)
所謂觀色法就是根據(jù)零件表面燒傷后所呈現(xiàn)的顏色來判別燒傷程度,從而確定磨削燒傷等級(jí)的方法。在磨削過程中,由于磨削速率較高,因而磨削區(qū)的溫度也會(huì)比較高。當(dāng)磨削區(qū)的溫度升高到一定程度(對(duì)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(xiàn)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(lán)色、藍(lán)色、藍(lán)黑色。
圖1為某齒輪齒面經(jīng)過磨削后發(fā)生嚴(yán)重磨削燒傷的形貌
一般來說,磨削燒傷顏色越深,說明燒傷層越厚,磨削燒傷越嚴(yán)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(fù)雜,并且當(dāng)有重磨或冷卻液時(shí),零件表面有時(shí)會(huì)不呈現(xiàn)顏色,這時(shí)并不能肯定零件表面無磨削燒傷。此,盡管該種方法比較直觀,不需要專門設(shè)備,檢測(cè)費(fèi)用較低,但是在使用和掌握上受主觀因素影響較大。因而,在對(duì)燒傷要求嚴(yán)格的場(chǎng)合,該方法不適合單獨(dú)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(duì)酸蝕有不同的敏感性,從而可從酸蝕后呈現(xiàn)的顏色來確定磨削燒傷級(jí)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(shù)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(qū)域周圍有黑色組織。這樣,就可以根據(jù)酸蝕后零件表面所呈現(xiàn)的顏色來確定磨削燒傷級(jí)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(qiáng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。另外,當(dāng)被檢零件經(jīng)過酸蝕后,即使無問題的零件,也不能不加處理的予以使用?因此,傳統(tǒng)的酸蝕法實(shí)際上是一種破壞性的檢測(cè)方法,僅適用于抽樣檢驗(yàn)?
1.3 表層顯微硬度試驗(yàn)法
表層顯微硬度試驗(yàn)法是通過測(cè)量零件磨削表面顯微硬度的變化來判別磨削燒傷的程度?一般來說,磨削表面產(chǎn)生回火燒傷后,其表層顯微硬度會(huì)顯著下降,即使當(dāng)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)顯著下降。因此可以認(rèn)為,表層顯微硬度下降越多,磨削燒傷就越嚴(yán)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(yīng)靈敏,數(shù)值可靠,即使很細(xì)微的變化也可以反映出來?但該種方法也有一定的局限性,即需要制做金相試樣,費(fèi)時(shí)費(fèi)工,而且屬于破壞性檢驗(yàn),所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般都是只對(duì)少量工件作抽樣檢驗(yàn)?對(duì)于干磨削,由于一般不產(chǎn)生二次淬火。因此,生產(chǎn)中可簡化測(cè)試方法,采用測(cè)量表面硬度來判別磨削燒傷的程度。
1.4 殘余應(yīng)力測(cè)定法
殘余應(yīng)力測(cè)定法是通過測(cè)定磨削后零件表面層殘余應(yīng)力的變化來確定磨削燒傷級(jí)別的方法。測(cè)定殘余應(yīng)力的方法有很多,但在工程上應(yīng)用比較普遍。精度較高的方法是X射線衍射應(yīng)力分析技術(shù),而且該技術(shù)已被國際認(rèn)可且具有國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)來確保測(cè)定的精度,其測(cè)定設(shè)備和配套儀器也都比較完善,已在齒輪行業(yè)被用來測(cè)定齒輪的殘余應(yīng)力。
理論上講殘余應(yīng)力測(cè)定法可以較全面地反映零件磨削燒傷的情況,但該方法使用起來較為復(fù)雜,所以在應(yīng)用上也具有一定的局限性。
1.5 金相檢測(cè)法
金相檢測(cè)法是通過對(duì)金屬材料進(jìn)行顯微組織分析來判斷材料是否發(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(xiàn)兩種情況：
(1)齒輪在磨削加工過程中,如果工件表面層溫度超過其回火溫度,但未超過相變溫度,該種燒傷稱為回火燒傷,這時(shí)表面的回火馬氏體轉(zhuǎn)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(dāng)磨削時(shí)工件表面層溫度超過相變溫度,馬氏體轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu),降低了工件表面質(zhì)量。金相檢測(cè)法是一種較準(zhǔn)確可靠的磨削燒傷檢測(cè)方法,但檢測(cè)時(shí)通常需要在被檢部位取樣,不可避免地會(huì)對(duì)工件造成破壞,屬于破壞性檢驗(yàn)，另外對(duì)金相試樣的制備要求較為嚴(yán)格,檢測(cè)速率慢,過程復(fù)雜,不是一種實(shí)用的快速檢測(cè)手段。因此,金相法檢測(cè)磨削燒傷在實(shí)際應(yīng)用上具有很大的局限性。
芬蘭應(yīng)力技術(shù)公司開發(fā)出的Rollscan250磨削燒傷檢測(cè)儀,主要用于檢測(cè)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(xiàn)的物理學(xué)巴克豪森(Barkhansen)效應(yīng)為基礎(chǔ)開發(fā)的一種測(cè)試方法,其能有效地對(duì)磨削燒傷進(jìn)行測(cè)試?據(jù)了解,近年來以Barkhansen原理為基礎(chǔ)研制的磁彈儀已在零部件表面磨削燒傷檢測(cè)中逐步得到應(yīng)用,并充分顯現(xiàn)出其優(yōu)越性。
眾所周知,出現(xiàn)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(xiàn)在多晶體的磁疇結(jié)構(gòu)里)呈有規(guī)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(xiàn)的較大殘余應(yīng)力都將引起磁疇結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁序發(fā)生變化，Barkhansen效應(yīng)指出,矯頑(磁)力,即改變被顛倒極性所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度與鐵磁性材料晶格結(jié)構(gòu)錯(cuò)位和產(chǎn)生殘余應(yīng)力等的程度有關(guān)，利用BN 法探測(cè)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(yàn)法等傳統(tǒng)的磨削燒傷檢測(cè)方法相比較,磁彈法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）無需破壞工件表面,屬于一種無損檢測(cè)。
（2）適合檢測(cè)鐵磁材料表面和近表面缺陷,方便快速，精確度高,檢測(cè)時(shí),磨削燒傷值可以直接從儀器上讀出。
（3）在磨齒機(jī)上配備探頭夾持工裝后,借助其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,即可以在齒輪不下磨齒工作臺(tái)的狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),顯著提高檢測(cè)工作效率?
在不破壞工件的情況下,磁彈法由于其快速、簡便等優(yōu)點(diǎn),在國際上獲得了廣泛的應(yīng)用。
需要注意的是,磁彈法檢測(cè)在國內(nèi)剛剛起步,關(guān)于磁彈法檢測(cè)齒輪磨削燒傷評(píng)定,到目前為止,還沒有相關(guān)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為檢測(cè)依據(jù)。因此,在利用磁彈儀檢測(cè)磨削燒傷之前,需要進(jìn)行一定的基礎(chǔ)研究,結(jié)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn),以便能更好地將磁彈法應(yīng)用于齒輪產(chǎn)品的磨削燒傷檢測(cè)。
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