Kiểm tra Kim tương của Bánh răng: Nguyên lý, Phương pháp và Kiến thức then chốt

Mục tiêu cốt lõi và các hạng mục kiểm tra

• Độ sâu thấm carbon: Chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng chống mài mòn của bánh răng thấm carbon/tôi (theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO 6336).
• Kích thước hạt: Ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai của bánh răng (phân cấp theo ASTM E112).
• Cấu trúc vi mô: Hình dạng của martensite, austenite dư và carbide quyết định hiệu suất chịu mỏi.
• Khuyết tật bề mặt: Phát hiện hiện tượng cháy do mài và các vết nứt (tuân thủ tiêu chuẩn AIAG CQI-9).

Các thành phần cấu trúc vi mô cơ bản

• Ferit (α): Cấu trúc lập phương tâm khối (BCC), mềm và dai với độ cứng thấp (~80HV), phổ biến trong thép cacbon thấp và sắt nguyên chất.
• Austenite (γ): Cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC), có tính dẻo cao và không từ tính, xuất hiện ở nhiệt độ cao hoặc thép hợp kim cao như thép không gỉ 304 và thép mangan cao.
• Xi măng tit (Fe₃C): Hệ tinh thể orthorhombic, cứng và giòn (~800HV) và tăng cường khả năng chống mài mòn, có trong gang trắng và thép cacbon cao.
• Mactensite: Cấu trúc lập phương tâm khối lệch (BCT), độ cứng cao (500~1000HV) thu được qua tôi, được sử dụng trong thép đã tôi và thép dụng cụ.

Các dạng vi cấu trúc phổ biến

Quy trình kiểm tra và các phương pháp tiêu chuẩn

Lấy mẫu và Chuẩn bị mẫu

• Vị trí lấy mẫu: Đỉnh răng (đánh giá hiệu ứng tôi bề mặt), chân răng (phân tích cấu trúc vi mô trong các vùng tập trung ứng suất), mặt cắt ngang (đo độ dốc tôi bề mặt).
• Các bước chuẩn bị chính: Cắt → Ép khuôn → Mài → Đánh bóng → Ngâm ăn mòn → Quan sát dưới kính hiển vi.
• Ép khuôn: Sử dụng nhựa epoxy để bảo vệ cạnh (khuyên dùng ép khuôn nguội để tránh ảnh hưởng nhiệt).
• Đánh bóng: Đánh bóng đến độ bóng gương 0,05μm bằng hồ đánh bóng kim cương để ngăn hiện tượng xước gây nhiễu.

Lựa chọn chất ngâm ăn mòn

Thiết bị kiểm tra chính

Kính hiển vi quang học (OM)

• Ứng dụng: Quan sát cơ bản cấu trúc vi mô (ví dụ: đánh giá kích thước hạt).
• Yêu cầu cấu hình: độ phóng đại 500×~1000×, trang bị phần mềm phân tích hình ảnh (ví dụ: Olympus Stream).

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

• Ưu điểm: Quan sát độ phân giải cao các tạp chất phi kim loại (ví dụ: MnS) và phân tích thành phần thông qua EDS.
• Ví dụ thực tế: Phát hiện các vết nứt liên hạt do sự tập trung lưu huỳnh trong phân tích gãy hộp số truyền động gió.

Thử nghiệm độ cứng vi mô

• Phương pháp: Thử nghiệm độ cứng Vickers (HV0,3~HV1) theo gradient để vẽ đường cong thấm cacbon.
• Tiêu chuẩn: ISO 2639 định nghĩa chiều sâu thấm cacbon là khoảng cách từ bề mặt đến lớp nền tại 550HV1.

Phân tích cấu trúc vi mô

Cấu trúc vi mô bình thường

Các khuyết tật và nguyên nhân phổ biến

• Thấm carbon quá mức: Các carbide dạng mạng trên bề mặt, làm tăng độ giòn và nguy cơ bong tróc bề mặt răng.
• Cháy mài: Các vệt đổi màu do ram được lộ ra sau ngâm axit (ASTM E1257), có thể phòng ngừa bằng cách kiểm soát tốc độ tiến dao và sử dụng đá mài CBN.
• Nứt tôi: Lan truyền theo biên giới hạt với đầu nhọn (xác nhận bằng SEM).