بررسی متالوگرافی دنده‌ها: اصول، روش‌ها و دانش کلیدی

اهداف اصلی و موارد بازرسی

• عمق سخت‌کاری سطحی: شاخص کلیدی مقاومت در برابر سایش در دنده‌های کربوریزه/بازپخته (همان‌طور که در استاندارد ISO 6336 الزامی است).
• اندازه دانه: بر استحکام و چقرمگی دنده تأثیر می‌گذارد (بر اساس استاندارد ASTM E112 رده‌بندی می‌شود).
• ریزساختار: اشکال مورفولوژیکی مارتنزیت، اوستنیت باقیمانده و کاربیدها تعیین‌کننده عملکرد خستگی هستند.
• عیوب سطحی: شناسایی سوختگی‌های ناشی از سنگ‌زنی و ترک‌ها (مطابق با استاندارد AIAG CQI-9).

اجزای اصلی ریزساختار

• فریت (α): ساختار مکعبی مرکزدار بدنی، نرم و شکل‌پذیر با سختی پایین (~80HV)، معمولاً در فولاد کم‌کربن و آهن خالص یافت می‌شود.
• استنیت (γ): ساختار مکعبی مرکزدار سطحی (FCC)، شکل‌پذیری بالا و غیرمغناطیسی، در دمای بالا یا فولادهای پرآلیاژ مانند فولاد ضدزنگ 304 و فولاد پرمنگنز وجود دارد.
• سیمانیت (Fe₃C): سیستم بلوری ارتورومبیک، سخت و شکننده (~800HV) و مقاومت در برابر سایش را افزایش می‌دهد، در چدن سفید و فولاد پرکربن یافت می‌شود.
• مارتنزیت: ساختار مکعبی مرکزدار تетراگونال (BCT)، سختی بالا (500~1000HV) که از طریق عملیات آبدهی به دست می‌آید، در فولاد آبدیده و فولاد ابزار استفاده می‌شود.

ریزساختارهای رایج

فرآیند آزمون و روش‌های استاندارد

نمونه‌برداری و آماده‌سازی نمونه

• موقعیت‌های نمونه‌برداری: بالای دندانه (ارزیابی اثر سخت‌کاری سطحی)، ریشه دندانه (تحلیل ریزساختار در مناطق تمرکز تنش)، مقطع عرضی (اندازه‌گیری شیب سخت‌کاری لایه‌ای).
• مراحل کلیدی آماده‌سازی: برش → صیقل‌کاری → سنگ‌زنی → پولیش → حکاکی → مشاهده میکروسکوپی.
• نصب نمونه (Mounting): از رزین اپوکسی برای محافظت از لبه‌ها استفاده کنید (نصب سرد توصیه می‌شود تا از تأثیر حرارتی جلوگیری شود).
• پولیش: با خمیر پولیش الماسی به پرداخت آینه‌ای 0.05 میکرومتر برسید تا از تداخل خطوط خراش جلوگیری شود.

انتخاب عامل حکاکی

تجهیزات کلیدی آزمون

میکروسکوپ نوری (OM)

• کاربرد: مشاهده میکروساختار پایه (مثلاً درجه‌بندی اندازه دانه).
• نیازمندی‌های پیکربندی: بزرگنمایی 500× تا 1000×، مجهز به نرم‌افزار تحلیل تصویر (مثلاً Olympus Stream).

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

• مزایا: مشاهده با وضوح بالا از ناخالصی‌های غیرفلزی (مانند MnS) و تحلیل ترکیب شیمیایی با استفاده از EDS.
• مثال موردی: ترک‌های بین دانه‌ای ناشی از تفکیک گوگرد که در تحلیل شکست گیربکس توربین بادی شناسایی شد.

آزمون میکرو سختی

• روش: آزمون گرادیان سختی ویکرز (HV0.3~HV1) جهت رسم منحنی‌های سختی سطحی.
• استاندارد: ISO 2639 عمق سختی سطحی را فاصله از سطح تا زیرلایه در سختی 550HV1 تعریف می‌کند.

تحلیل ریزساختار

ریزساختارهای طبیعی

نقص های رایج و علل آن

• کاربوریزه بیش از حد: کاربید شبکه در سطح، افزایش شکنندگی و خطر شکستگی سطح دندان.
• سوختگی خرد کردن: رنگ های گرم توسط ترشی (ASTM E1257) آشکار می شوند، که با کنترل سرعت تغذیه و استفاده از چرخ های خرد کننده CBN جلوگیری می شود.
• ترک های خاموش کننده: گسترش بین دانه ای با نوک تیز (به تایید SEM).