Metallografisch Onderzoek van Tandwielen: Beginselen, Methoden en Belangrijke Kennis

Kernobjectieven en detectie-items

• Laagharden diepte: Een belangrijke indicator voor slijtvastheid van opgekoolde/gehärde tandwielen (zoals vereist door ISO 6336-norm).
• Korrelgrootte: Beïnvloedt de sterkte en taaiheid van tandwielen (ingedeeld volgens ASTM E112).
• Microstructuur: Vormen van martensiet, aangehouden austeniet en carbiden bepalen de vermoeiingsprestaties.
• Oppervlakdefecten: Detecteert slijpbrandplekken en scheuren (in overeenstemming met AIAG CQI-9-norm).

Basis microstructurele bestanddelen

• Ferriet (α): Ruimtelijk gecentreerd kubisch (BCC) structuur, zacht en taai met lage hardheid (~80HV), voorkomend in koolstofarm staal en zuiver ijzer.
• Austeniet (γ): Vlakgecentreerd kubisch (FCC) structuur, hoge plastische vervormbaarheid en niet-magnetisch, aanwezig bij hoge temperatuur of hooggelegeerd staal zoals 304 roestvrij staal en mangaanrijk staal.
• Cementiet (Fe₃C): Orthorombisch kristalstelsel, hard en bros (~800HV) en verbetert slijtvastheid, aangetroffen in wit gietijzer en koolstofrijk staal.
• Martensiet: Ruimtelijk gecentreerd tetragonale (BCT) structuur, hoge hardheid (500~1000HV) verkregen door het uitharden, gebruikt in gehard staal en gereedschapsstaal.

Veelvoorkomende microstructuurvormen

Testprocedure en standaardmethoden

Bemonstering en Monstervoorbereiding

• Bemonsteringsposities: Tandtop (beoordeelt oppervlakteverhardingseffect), tandwortel (analyseert microstructuur in gebieden met spanningsconcentratie), dwarsdoorsnede (meet de verhardingsgradiënt).
• Belangrijke voorbereidingsstappen: Zagen → Maken → Slijpen → Polijsten → Etsen → Microscopische observatie.
• Maken: Gebruik epoxyhars voor randbescherming (koude maken wordt aanbevolen om thermische invloed te voorkomen).
• Polijsten: Polijsten tot een spiegelafwerking van 0,05 μm met diamantpolijstpasta om krassenvrij resultaat te verkrijgen.

Keuze van etsmiddel

Belangrijkste testapparatuur

Optische microscoop (OM)

• Toepassing: Basiswaarneming van microstructuur (bijv. korrelgrootte-indeling).
• Configuratie-eisen: 500×~1000× vergroting, uitgerust met beeldanalyse-software (bijv. Olympus Stream).

Raster elektronenmicroscoop (SEM)

• Voordelen: Observatie met hoge resolutie van niet-metalen insluitingen (bijv. MnS) en samenstellingsanalyse via EDS.
• Voorbeeld uit de praktijk: Interkristallijne scheuren veroorzaakt door zwavelsegregatie gedetecteerd bij breukanalyse van windturbineversnellingsbak.

Microhardheidstest

• Methode: Vickershardheid (HV0,3~HV1) gradiënttest om opnamehardingscurves te maken.
• Standaard: ISO 2639 definieert opnamehardingsdiepte als de afstand van oppervlak tot substraat bij 550HV1.

Microstructuuranalyse

Normale microstructuren

Algemene gebreken en oorzaken

• Overmatige opkooling: Netwerkcarbiden op het oppervlak, wat de brosheid verhoogt en het risico op afschilfering van het tandoppervlak vergroot.
• Slijbrand: Aangetaste kleuren zichtbaar gemaakt door etsten (ASTM E1257), voorkomen door de toevoersnelheid te beheersen en CBN-slijpwalsen te gebruiken.
• Hardingscheuren: Intergranulaire voortplanting met scherpe uiteinden (bevestigd door SEM).