Metallografisk undersøkelse av gir: Prinsipper, metoder og nødvendig kunnskap

Hovedmål og inspeksjonsområder

• Herdhetsdybde: Et viktig mål for slitasjemotstand hos karburerte/quenched tannhjul (i henhold til ISO 6336-standard).
• Kornstørrelse: Påvirker tannhjulets styrke og seighet (klassifisert i henhold til ASTM E112).
• Mikrostruktur: Morfologien til martensitt, rest-austenitt og karbider bestemmer slittegenskaper.
• Overflatefeil: Avdekker slipebrann og revner (i samsvar med AIAG CQI-9-standard).

Grunnleggende mikrostrukturelle bestanddeler

• Ferritt (α): Kubeformet konsentrisk (BCC) struktur, myk og seig med lav hardhet (~80HV), vanlig i lavkarbonstål og rent jern.
• Austenitt (γ): Kubisk flatepåsenter (FCC) struktur, høy plastisitet og ikke-magnetisk, forekommer ved høy temperatur eller i høyallokkert stål som rustfritt stål 304 og stål med høyt manganinnhold.
• Sementitt (Fe₃C): Ortogonalt krystallsystem, hard og sprø (~800HV) og forbedrer slitasjemotstanden, finnes i hvitt støpejern og høykarbonstål.
• Martensitt: Kubisk tetragonal (BCT) struktur, høy hardhet (500–1000HV), oppnås gjennom herding, brukt i herdet stål og verktøystål.

Vanlige mikrostrukturelle former

Testprosess og standardmetoder

Prøvetaking og prøveforberedelse

• Prøvetakingsposisjoner: Tannkrone (evaluerer overflateherdeeffekt), tannrot (analyserer mikrostruktur i spenningskonsentrasjonsområder), tverrsnitt (måler herdedybdegradient).
• Nøkkelforberedelsestrinn: Saging → Montering → Sliping → Polering → Ersting → Mikroskopisk observasjon.
• Montering: Bruk epoksyharz for kantbeskyttelse (kaldmontering anbefales for å unngå termisk påvirkning).
• Polering: Poler til 0,05 μm speilfinish med diamantpolerpasta for å unngå skraptolkning.

Valg av erstingsmiddel

Nøkkelpålitelig testutstyr

Optisk mikroskop (OM)

• Anvendelse: Grunnleggende observasjon av mikrostruktur (f.eks. kornstørrelsesklassifisering).
• Konfigurasjonskrav: 500×–1000× forstørrelse, utstyrt med bildeanalyseprogramvare (f.eks. Olympus Stream).

Sveipelektronmikroskop (SEM)

• Fordeler: Høyoppløselig observasjon av ikke-metalliske innslag (f.eks. MnS) og sammensettingsanalyse via EDS.
• Eksempel: Interkrystallinske revner forårsaket av svovel-segregering oppdaget i bruddanalyse av vindkraftgirkasse.

Mikrohardhetstesting

• Metode: Vickers-hardhet (HV0,3–HV1) gradienttesting for å lage herdekurver.
• Standard: ISO 2639 definerer herdedybde som avstanden fra overflate til grunnmaterialet ved 550HV1.

Mikrostrukturanalyse

Normale mikrostrukturer

Vanlige feil og årsaker

• Overmåte karburering: Karbidnettverk på overflaten, øker sårbarheten og risikoen for sprekking av tenner
• Slipebrenning: Temperfarger avslørt ved etsing (ASTM E1257), unngås ved kontroll av tilbakeløpshastighet og bruk av CBN-slipemidler
• Herdingsrevner: Interkristallinsk sprekkeutvikling med skarpe ender (bekreftet med SEM)