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3MA用于（軸承/齒輪）磨削燒傷和殘余應力無損檢測
2020-3-9 閱讀(1060)
多年來，3MA已用于無損檢測和表征磨削燒傷。并可無損檢查受磨削影響的軸承/齒輪的承載能力與工作面的硬度（Hd）和殘余應力（RS）之間的關系。“3MA齒輪掃描儀”可以在曲折形的表面掃描中掃描齒面。
【行業需求】
對于機加工的零件，不僅硬度，而且深度分布中的殘余應力也會引起關注。磨削燒傷一般用來形容工件在研磨加工過程中造成的任何一種熱損傷。為了提供有關研磨部件的微觀結構的質量信息，通常使用自然蝕刻法（酸液浸洗法）。此方法不能*無損地工作。磨削缺陷，例如回火區和再硬化區，將通過酸洗蝕刻過程后表面的變色來指示。只要材料表面的信息足以描述研磨工件的整體質量，此方法就很有用。
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| 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生時相對應的溫度 | 酸浸法燒傷等級 |
然而，由于研磨而引起的微觀結構的熱誘導變化和殘余應力可能會達到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，被具有適當的微觀結構和殘余應力的材料覆蓋。在這種情況下，將無法通過表面自然蝕刻（酸洗法）來檢測所有的磨削燒傷。
【應用技術】
多年來，3MA已用于無損檢測和表征磨削燒傷。德國Fraunhofer IZFP無損檢測技術研究院已與工業伙伴合作開發3MA的此類應用。作為與慕尼黑工業大學的研究合作伙伴FZG進行的一項研究項目（FVA第453號）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）和殘余應力（RS）之間的關系。
在3MA技術的基礎上，對齒輪進行了無損檢測，因此可以在運行測試中系統地檢查被測試的齒輪的齒面負載能力以及齒面材料性能的變化。開發了一種經過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中（見如下左圖）。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。
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| 3MA齒輪磨削燒傷掃描儀系統 | 深度相關材料特性的校準結果： （a）深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0 mm時的硬度Hd，以及 （b）深度為0、0.01、0.02、0.04和0.06毫米的殘余應力RS | |
為了進行校準，將3MA測量參數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）測量這些齒輪中硬度Hd和殘余應力RS的梯度分布。在此數據庫上，將3MA系統校準為在材料深度為0.1、0.2、0.3、1.0和3.0毫米時的硬度（Hd），并在深度為0.00、0.01、0.02、0.04，和0.06毫米（見如上右兩圖）。結果表明3MA參數與Hd和RS之間具有非常好的相關性；Hd校準的RMSE值為3HV，RS校準的RMSE值為10 MPa。
下圖顯示了經過校準的3MA系統在具有不同程度磨削損傷的齒輪上的應用。磨削燒傷分級表顯示了曲線標記的含義。
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| 硬度曲線 | 殘余應力 |
3MA在齒輪上進行的測量結果顯示出不同程度的磨削損傷（代號為FA0-II、FB1-II、FB2-II、FB3-II、FD3-II、FE3-II）
| FA0-II | 無磨削燒傷/研磨損傷 | FB1-II | 輕度回火區，小于齒面10％ |
| FB2-II | 輕度回火區，齒面的10％到25％ | FB3-II | 輕度回火區，> 齒面的25％ |
| FD3-II | 強回火區 | FE3 | 二次淬火 |
用3MA技術可校準的不同類型的磨削燒傷分級表
由于上海量博實業有限公司展示的這種3MA技術的應用是*無損的，因此可以根據需要經常在磨削過的齒輪的應力測試期間重復進行這種硬度和殘余應力分布的測量。這些研究可以詳細分析應力測試過程中磨削損傷程度與齒輪性能之間的關系。Hd硬度和RS殘余應力輪廓中與齒輪耐久性相關的特征可以被識別，從而可以基于3MA的測量結果預測磨削齒輪的承載能力（點蝕疲勞強度）。
硬度（Hd）和殘余應力（RS）的深度分布的無損確定不僅對齒輪有用，而且對其他經過精密加工的組件（例如軸承、氣門彈簧）也很有用。這些高性能零件的生產過程包括幾個步驟，這些步驟導致成品的Hd和RS深度分布圖復雜。可以使用下圖所示的3MA“閥門彈簧多層無損掃描儀”無損確定這些參數。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，殘余應力RS可以在0.00、0.05、0.10、0.20和0.30毫米的深度處確定。
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| 3MA閥門彈簧的硬度和殘余應力多層無損掃描測量系統 | 3MA多層無損掃描儀應用于確定深度相關的硬度(Hd)和殘余應力(RS) |
