3MA用于(軸承/齒輪)磨削燒傷和殘余應(yīng)力無(wú)損檢測(cè)

行業(yè)需求

      對(duì)于機(jī)加工的零件，不僅硬度，而且深度分布中的殘余應(yīng)力也會(huì)引起關(guān)注。磨削燒傷一般用來(lái)形容工件在研磨加工過(guò)程中造成的任何一種熱損傷。為了提供有關(guān)研磨部件的微觀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量信息，通常使用自然蝕刻法（酸液浸洗法）。此方法不能完全無(wú)損地工作。磨削缺陷，例如回火區(qū)和再硬化區(qū)，將通過(guò)酸洗蝕刻過(guò)程后表面的變色來(lái)指示。只要材料表面的信息足以描述研磨工件的整體質(zhì)量，此方法就很有用。

研磨加工中可能造成熱損傷	不同類型的熱損傷以及它們發(fā)生時(shí)相對(duì)應(yīng)的溫度	酸浸法燒傷等級(jí)

      然而，由于研磨而引起的微觀結(jié)構(gòu)的熱誘導(dǎo)變化和殘余應(yīng)力可能會(huì)達(dá)到100um或更大的材料深度。而且，這樣的深磨缺陷可以被“隱藏”，例如，被具有適當(dāng)?shù)奈⒂^結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力的材料覆蓋。在這種情況下，將無(wú)法通過(guò)表面自然蝕刻（酸洗法）來(lái)檢測(cè)所有的磨削燒傷。

應(yīng)用技術(shù)

      多年來(lái)，3MA已用于無(wú)損檢測(cè)和表征磨削燒傷。德國(guó)Fraunhofer IZFP無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究院已與工業(yè)伙伴合作開(kāi)發(fā)3MA的此類應(yīng)用。作為與慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究合作伙伴FZG進(jìn)行的一項(xiàng)研究項(xiàng)目（FVA第453號(hào)）的一部分，檢查了受磨削影響的那些齒輪的承載能力與齒輪齒面的硬度（Hd）和殘余應(yīng)力（RS）之間的關(guān)系。

      在3MA技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，因此可以在運(yùn)行測(cè)試中系統(tǒng)地檢查被測(cè)試的齒輪的齒面負(fù)載能力以及齒面材料性能的變化。開(kāi)發(fā)了一種經(jīng)過(guò)特別改裝和小型化的3MA探頭，然后將其集成到多軸操縱系統(tǒng)中（見(jiàn)如下左圖）。這種綜合式的“3MA齒輪掃描儀”可以在曲折形的表面掃描中掃描齒面。

3MA齒輪磨削燒傷掃描儀系統(tǒng)	深度相關(guān)材料特性的校準(zhǔn)結(jié)果： （a）深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0 mm時(shí)的硬度Hd，以及 （b）深度為0、0.01、0.02、0.04和0.06毫米的殘余應(yīng)力RS

      為了進(jìn)行校準(zhǔn)，將3MA測(cè)量參數(shù)記錄在具有不同程度磨削損傷的未損壞齒輪上。隨后，使用參考方法（維氏硬度和X射線衍射法）測(cè)量這些齒輪中硬度Hd和殘余應(yīng)力RS的梯度分布。在此數(shù)據(jù)庫(kù)上，將3MA系統(tǒng)校準(zhǔn)為在材料深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0毫米時(shí)的硬度（Hd），并在深度為0.00、0.01、0.02、0.04，和0.06毫米（見(jiàn)如上右兩圖）。結(jié)果表明3MA參數(shù)與Hd和RS之間具有非常好的相關(guān)性；Hd校準(zhǔn)的RMSE值為3HV，RS校準(zhǔn)的RMSE值為10 MPa。

      下圖顯示了經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的3MA系統(tǒng)在具有不同程度磨削損傷的齒輪上的應(yīng)用。磨削燒傷分級(jí)表顯示了曲線標(biāo)記的含義。

硬度曲線	殘余應(yīng)力

3MA在齒輪上進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果顯示出不同程度的磨削損傷（代號(hào)為FA0-II、FB1-II、FB2-II、FB3-II、FD3-II、FE3-II）

用3MA技術(shù)可校準(zhǔn)的不同類型的磨削燒傷分級(jí)表

      由于上海量博實(shí)業(yè)有限公司展示的這種3MA技術(shù)的應(yīng)用是完全無(wú)損的，因此可以根據(jù)需要經(jīng)常在磨削過(guò)的齒輪的應(yīng)力測(cè)試期間重復(fù)進(jìn)行這種硬度和殘余應(yīng)力分布的測(cè)量。這些研究可以詳細(xì)分析應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中磨削損傷程度與齒輪性能之間的關(guān)系。Hd硬度和RS殘余應(yīng)力輪廓中與齒輪耐久性相關(guān)的特征可以被識(shí)別，從而可以基于3MA的測(cè)量結(jié)果預(yù)測(cè)磨削齒輪的承載能力（點(diǎn)蝕疲勞強(qiáng)度）。

      硬度（Hd）和殘余應(yīng)力（RS）的深度分布的無(wú)損確定不僅對(duì)齒輪有用，而且對(duì)其他經(jīng)過(guò)高精度加工的組件（例如軸承、氣門(mén)彈簧）也很有用。這些高性能零件的生產(chǎn)過(guò)程包括幾個(gè)步驟，這些步驟導(dǎo)致成品的Hd和RS深度分布圖復(fù)雜?？梢允褂孟聢D所示的3MA“閥門(mén)彈簧多層無(wú)損掃描儀”無(wú)損確定這些參數(shù)。如圖所示，硬度Hd可以在0.25、0.50、1.00和2.00毫米的材料深度處確定，殘余應(yīng)力RS可以在0.00、0.05、0.10、0.20和0.30毫米的深度處確定。

3MA閥門(mén)彈簧的硬度和殘余應(yīng)力多層無(wú)損掃描測(cè)量系統(tǒng)	3MA多層無(wú)損掃描儀應(yīng)用于確定深度相關(guān)的硬度(Hd)和殘余應(yīng)力(RS)

      3MA是指“微磁、多參數(shù)、微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分析”為特征的綜合無(wú)損測(cè)試技術(shù)，更多3MA技術(shù)應(yīng)用資訊，可聯(lián)系上海量博實(shí)業(yè)或查閱3MA系列產(chǎn)品信息。