CN117723423A - 齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，属于齿轮产品质量检验领域。采用脱脂清洗剂，在高温和/或高压下用超声振动对齿轮零件进行脱脂清洗；温度恢复至室温后，采用漂洗液进行漂洗；漂洗后零件表面形成均匀的不破水膜；进行硝酸浸蚀；再次漂洗，去除酸性物质；进行盐酸脱色；进行第三次漂洗，去除酸性物质；浸泡在碱性溶液中，浸泡时搅动溶液或零件，获得完全中和；采用清水进行第四次漂洗，去除碱性物质；脱水；防锈；检测。本方法优化零件清洗程序，加入超声清洗、提高清洗水温彻底去除零件表面残余物，降低浸蚀结果判断难度；漂洗程序所用溶液中创新性加入钝化液，防止零件表面生锈影响浸蚀结果判断。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，属于齿轮产品质量检验领域。
背景技术
零件在进行磨削加工时，由于工艺或冷却不当，会导致磨削区域产生瞬时高温，造成磨削烧伤，使工件表层局部组织发生微观形态变化，从而降低材料性能、缩短零件的使用寿命。
通常采用化学腐蚀的方法，对磨削零件表面的二次淬火及局部回火进行检测，通过化学酸蚀方法，使由磨削加工引起的烧伤在机械损伤部位显灰或黑色，从而判断零件表面磨削烧伤的程度等。但是，在酸蚀过程中，由于零件结构或过程操作不当也会引起局部显灰或黑色的显示，易与相关显示混淆，产生误判。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，以减少酸洗过程中的误判，提高检测结果的准确性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，包括以下步骤：
(1)脱脂清洗：采用脱脂清洗剂，在高温和/或高压下使用超声振动对齿轮零件进行脱脂清洗；
(2)漂洗：在齿轮零件的温度恢复至室温后，采用漂洗液进行漂洗；漂洗后零件表面形成均匀的不破水膜；
(3)硝酸浸蚀：漂洗后的齿轮零件采用硝酸溶液进行硝酸浸蚀；
(4)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行再次漂洗，去除酸性物质；
(5)盐酸脱色：漂洗后的齿轮零件采用盐酸溶液进行盐酸脱色；
(6)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行第三次漂洗，去除酸性物质；
(7)中和：将齿轮零件浸泡在碱性溶液中，浸泡时搅动溶液或零件，获得完全中和；
(8)漂洗：采用清水对齿轮零件进行第四次漂洗，去除碱性物质；
(9)脱水：将齿轮零件进行干燥，去除水分；
(10)防锈：采用防锈液将齿轮零件全覆盖，防止锈蚀；
(11)检测：泛光照明，光源距被检区域≥200mm，对零件表面进行检测。
步骤(1)脱脂清洗中，高温是指温度为30℃-50℃；高压是指压力为100bar-150bar；
所述的脱脂清洗剂为金属除油脱脂剂，能有效去除金属零件表面污渍、颗粒、油渍，如水基除油清洗剂(水基除油剂)或中性除油清洗剂(中性除油剂)。
脱脂清洗的时间≥5分钟；脱脂清洗的时间优选≥10分钟。
步骤(2)、(4)、(6)漂洗中，所述的漂洗液由清水和钝化液组成，钝化液为水性碱性钝化防锈剂，如环保碱性钝化剂，钝化液占比3％-5％(体积百分比)；漂洗程序所用溶液中加入钝化液，可防止零件表面生锈影响浸蚀结果判断。漂洗过程中，所述的漂洗液的pH值为3≤pH≤9，漂洗液多次使用，漂洗过程中的酸液会使pH值发生变化。
所述的漂洗可为超声清洗、高压清洗或温水清洗；当采用高压清洗时，漂洗液的压力不得低于5Mpa；当采用温水清洗时，漂洗液的温度为30℃-50℃；从而彻底去除零件表面残余物，降低浸蚀结果判断难度。一般漂洗的时间≥30秒。
步骤(2)中，漂洗后零件表面的水膜可持续≥15秒，若无法满足要求，该部位须进行重新清洗。
步骤(3)硝酸浸蚀中，所述硝酸溶液的质量分数为1.5％～5.0％，硝酸浸蚀时间为10-30秒，浸蚀时间可在范围内调整，优选零件表面达到7-11灰阶。本发明中酸蚀(硝酸浸蚀)的方法为液浸法或擦拭法。
步骤(5)盐酸脱色中，所述盐酸溶液的质量分数为2.0％～6.0％，盐酸脱色时间为30-60秒，盐酸脱色时间可在范围内调整，优选零件表面达到6-10灰阶。
步骤(7)中和过程中，所述的碱性溶液pH值＞10，如氢氧化钠溶液。齿轮零件浸泡在碱性溶液中时间为10-60秒。
步骤(9)脱水中，可采用酒精、热水或气体设备进行脱水。
步骤(10)防锈中，防锈液应选择合适的品类，可以是脱水性油基或溶剂稀释型防锈液，有足够的防锈能力，同时不会掩盖回火的显示效果；需要根据夏季或冬季温度变化选择合适的防锈液，例如溶剂稀释型防锈液，以石油溶剂为原料，加入二壬基萘磺酸钡等防锈剂和成膜材料配制的防锈液，可以避免防锈油膜可能会增加的零件表面灰度或造成斑状异常显示；对于挥发型防锈液，防锈工序后如有需要可去除残留油剂。防锈液100％全覆盖齿轮零件的表面。
步骤(11)检测中，照明亮度为2200≤Lux≤5000，没有聚光，无阴影和反光，100％全覆盖。
上述方法中，齿轮零件浸泡在各个阶段的脱脂清洗剂、漂洗液或清水、硝酸溶液、盐酸溶液或碱性溶液中时，均需要均匀搅拌溶液(搅拌速度以5-10s/转为宜)或零件，以避免出现斑点状腐蚀和完全中和；但零件在全过程中不能产生过大晃动，避免出现局部过蚀流挂。除脱脂和脱水外，所有溶液均在环境温度下使用。
上述方法中，灰阶参照TIFFEN灰度卡。采用回火试样作为校准和验证工艺的辅助工具，推荐采用标准回火烧伤试样作为校验依据。
判定零件烧伤后，将烧伤部位进行解剖，采用金相法查看其组织状态、烧伤层深，并检查烧伤部位的维氏硬度，自边缘50μm至正常基体至少打三处硬度点。判定零件轻度回火后，采用磁粉检测技术，对烧伤部位重点进行周、纵双向磁粉检测。
本检测方法适用于齿轮箱中所有涉及磨削加工的渗碳、淬火齿轮零件，当需要时可应用于轴承零件。
所述的齿轮产品包括太阳轮、行星轮、高速轮、高速轴和输出轴等，零件的检测区域如下：
太阳轮：齿面、花键齿面。
行星轮：齿面、内孔、内孔上、下台阶面。
高速轮：齿面、轴承位。
高速轴：齿面、轴承位。
输出轴：齿面、轴承位。
本发明的优点：
1.服务产品大型化：对比传统酸洗检测技术适用于小型零件，本技术实现了大尺寸、大规格零件的流水线检测，可进行3.5MW风力发电机齿轮固件整体检测，最大零件尺寸3m；
2.创新检测工艺：(1)优化零件清洗程序，加入超声清洗、提高清洗水温彻底去除零件表面残余物，降低浸蚀结果判断难度；(2)漂洗程序所用溶液—水中创新性加入钝化液，防止零件表面生锈影响浸蚀结果判断；
3.丰富ISO 14104《齿轮磨削后表面回火的浸蚀检验》结果判定图谱：(1)对零件检测位置做出要求；(2)对容易造成结果误判的情况做出解释；
4.增加结果判定时可疑形貌的判断程序：采用手工酸洗、硬度测试(韦氏硬度)、无损探伤(巴克豪森噪声分析法)结合的方式进行可以形貌判定；
5.维护和管理程序使用质控样品：采用标准回火烧伤试样作为校准和验证工艺的辅助工具。
附图说明
图1为齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法的工作流程；
图2-1和图2-2为脱脂清洗后零件表面水膜破裂的图片，图2-3为脱脂清洗后零件表面水膜不破的图片；
图3-1至图3-4分别为太阳轮、行星轮、高速轮和高速轴的示意图；
图4为烧伤面积计算方法示意图；
图5为经过酸蚀后，零件表面无回火的图片；
图6为经过酸蚀后，零件表面存在伪显示的图片；
图7为经过酸蚀后，零件表面存在异常显示的图片；
图8为经过酸蚀后，零件表面存在热处理软点的图片；
图9-1至图9-6为经过酸蚀后，零件表面存在回火的图片。
具体实施方式
如图1所示，为本发明齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法的工作流程图，对齿轮产品依次进行脱脂清洗--漂洗--硝酸浸蚀--漂洗--盐酸脱色--漂洗--中和--漂洗--脱水--防锈--检测，检测结果合格的产品进入下一流程，检测结果不合格的产品需要判断是否为相关显示，对于不是相关显示的需要重新返回本发明的酸洗检测工序。
本发明方法中，零件浸泡在各个阶段的溶液中时，需要均匀搅拌溶液或零件，以避免出现斑点状腐蚀和完全中和；当采用高压清洗，其功率压力不得低于5Mpa，除脱脂和脱水外，所有溶液均在环境温度下使用；零件在全过程中应不产生过大晃动，避免出现局部过蚀流挂；灰阶参照TIFFEN灰度卡，需注意防锈油膜可能会增加零件表面灰度或造成斑状异常显示。
一、试剂
脱脂清洗剂：水基除油清洗剂，使用浓度3％-5％(体积百分比)，增加少量洗涤液，可提高清洗效果。
漂洗溶液：清水+钝化液，漂洗过程控制3≤pH≤9，洁净无油脂、杂物。钝化液为环保碱性钝化剂，钝化液占比3％-5％(体积百分比)，不能破坏零件酸蚀面的显示状态。
硝酸水溶液：浓度1.5％～5.0％(质量分数)。
盐酸水溶液：浓度2.0％～6.0％(质量分数)。
碱性水溶液：pH值＞10的溶液(氢氧化钠溶液，浓度为10g/L-50g/L)。
防锈液：溶剂稀释型防锈液。
所有的化学试剂应为工业级或更纯的等级。
二、校样
采用标准回火烧伤试样作为校准和验证工艺的辅助工具，应使用不带有金属纤维的研磨工具清洁试样。回火试样必须包含各个不同严重程度的回火，其回火面积不作特别要求。推荐采用轴承钢激光烧蚀标准回火烧伤试样作为校验依据。
三、酸蚀流程
脱脂清洗不当或不到位，会存在残余油脂污物附着在零件表面，后续浸蚀时，该部位将无法获得良好的腐蚀效果，可在漂洗时目视观察零件漂洗状态，漂洗后零件表面的水膜是否可持续15秒以上，如图2-3所示为水膜不破的图片；若无法满足要求，清洗后水膜破裂，如图2-1至图2-2所示，该部位须进行重新清洗。
四、检测区域
零件的检测区域：功能面，包括齿面、磨削内孔、磨削齿根、轴颈以及其他制定表面。
如图3-1所示，太阳轮：齿面、花键齿面。
如图3-2所示，行星轮：齿面、内孔、内孔上、下台阶面。
如图3-3所示，高速轮：齿面、轴承位。
如图3-4所示，高速轴：齿面、轴承位。
五、评价等级、颜色判定和面积判定
1、评价等级
观察零件酸蚀表面，依照表1进行验收。
表1评价等级
若发现零件存在烧伤，则按照颜色显示与面积范围进行综合评判，以准确进行验收。
2、颜色判定
当需要进行回火程度的判定时，以TIFFEN灰度卡为参照，将回火区域显示的色阶与基体区域显示的色阶进行相比较，以对比结论得出回火程度，如表2所示。
表2显示颜色判定
| 无回火 | 轻度回火 | 重度回火 | 再硬化(淬火) |
| 基体灰度 | ≤2阶基体 | ＞2阶基体 | 亮白伴随灰黑色 |
正常无回火显示区域的色阶为基体灰度；再硬化(淬火)的显示不适用色阶进行评判，以其形态作评判。
3、面积判定
回火表面积的计算方式需进行整体计算，如一块区域存在多个回火显示，则面积不适用单独计算。
如图4所示，烧伤区域面积a×b<1/10(X×Y)，面积等级为1级；烧伤区域宽度a1+a2+a3+L1+L2，A×B>1/4(X×Y)，面积等级为3级。
六、后处理
零件确认烧伤后，需将烧伤部位进行解剖，采用金相法查看其组织状态、烧伤层深，并检查烧伤部位的维氏硬度，自边缘50μm至正常基体至少打三处硬度点。轻度回火的零件，需采用磁粉检测技术，对烧伤部位重点进行周、纵双向磁粉检测，不允许任何长度单位的磁痕显示，在确保未产生磨削裂纹的前提下方可继续流转。
下面以高速轴零件为例，进一步详细说明本发明的方法。
高速轴零件磨削烧伤酸洗检测方法，包括以下步骤：
(1)脱脂清洗：采用脱脂清洗剂，在35℃的温度下超声振动对齿轮零件进行脱脂清洗，时间5分钟；脱脂清洗剂为水基除油清洗剂，使用浓度4％(体积百分比)，增加少量洗涤液，提高清洗效果。
(2)漂洗：在齿轮零件的温度恢复至室温后，采用漂洗液进行漂洗；漂洗后零件表面形成均匀的不破水膜，水膜可持续≥15秒，若无法满足要求，该部位须进行重新清洗。漂洗液成分清水+钝化液(钝化液为环保碱性钝化剂，钝化液体积占比4.5％)，漂洗过程中漂洗液控制pH值在3-9之间；漂洗的时间为30秒。
漂洗可为超声清洗、高压清洗或温水清洗；当采用高压清洗时，漂洗液的压力不得低于5Mpa；当采用温水清洗时，漂洗液的温度为30℃-50℃；从而彻底去除零件表面残余物，降低浸蚀结果判断难度。
(3)硝酸浸蚀：漂洗后的齿轮零件采用硝酸溶液进行酸蚀，时间为20秒；硝酸溶液的质量分数为3％，零件表面达到7-11灰阶。酸蚀采用液浸法。
(4)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行再次漂洗，漂洗的时间为30秒，去除酸性物质；
(5)盐酸脱色：漂洗后的齿轮零件采用盐酸溶液进行盐酸脱色，时间为30-60秒；盐酸溶液的质量分数为5.0％，盐酸脱色时间可在范围内调整，零件表面达到6-10灰阶。
(6)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行第三次漂洗，漂洗的时间为50秒，去除酸性物质；
(7)中和：将齿轮零件浸泡在碱性溶液中，时间为10-60秒，浸泡时搅动溶液或零件，获得完全中和；碱性溶液(浓度为20g/L的氢氧化钠溶液)pH值＞10。
(8)漂洗：采用清水对齿轮零件进行第四次漂洗，漂洗的时间为50秒，去除碱性物质；
(9)脱水：将齿轮零件进行干燥，去除水分；采用酒精浸泡20秒。
(10)防锈：采用防锈液将齿轮零件全覆盖，防止锈蚀；使用溶剂稀释型防锈液，可通过MIL-C-16173D的测试。
(11)检测：泛光照明，照明亮度为2200≤Lux≤5000，光源距被检区域≥200mm，对零件表面进行检测。
(12)结果评定，观察齿面和轴承位是否存在烧伤现象。
具体判断示例如下：
a.无烧伤形态
经过酸蚀之后，状态良好，未产生表面回火的零件。酸蚀之后进行检查，如图5所示，零件表面呈现均匀的灰色，则零件无烧伤，判定合格，评价为FA。
b.伪显示形态
经过酸蚀之后，存在类似于回火的显示，可能不是真正的回火痕迹，需要进行判断或复检。酸蚀之后进行观察，如图6所示，酸蚀面存在均匀的呈流落状的深灰色或黑色显示，且顶部呈水滴状，边缘较为柔和，则可能是酸液过蚀产生的流挂。
处理：流挂显示较少，可采用擦拭法针对局部进行重新酸洗；流挂显示范围较大，则将氧化膜清除后重新进行整体酸蚀。
c.异常显示形态
经过酸蚀之后，存在异常显示，既不似伪显示，亦不似回火显示。如图7所示，不规则的呈片状或面积状的黄色显示，易与锈迹混淆，在任何部位都可能出现。防锈液为挥发性保护膜剂，零件表面的防锈液挥发不均匀导致残留元素印痕。
d.软点显示形态
经过酸蚀之后，存在异常显示，该显示不是伪显示，亦不是回火显示，是因为热处理造成的显示。如图8所示，不规则的呈圆形或椭圆形显示，与淬火烧伤类似，在该部位测试硬度时，硬度值大幅降低。渗碳热处理时，零件表面存在防渗涂料残留；机加工时，零件表面残留面积型铁屑粘结，渗碳时未清理。
e.回火显示形态
经过酸蚀之后，存在明显的黑色显示，形态规则，可排除伪显示，则为回火显示。
1)酸蚀之后进行观察，存在平行于磨削方向的黑色显示，如图9-1至图9-3所示，显示呈线状、边缘较为规整，则是典型的磨削回火，回火显示的面积有大有小，并不单一。图9-1至图9-3分别评价为FB1、FD3和FD3。
2)经过酸蚀之后，存在明显的黑色显示，形态规则，可排除伪显示，则为回火显示。酸蚀之后进行观察，如图9-4至图9-6所示，存在平行于磨削方向的黑色显示，显示呈线状、边缘较为规整，则是典型的磨削回火，回火显示的面积有大有小，并不单一。图9-4至图9-6分别评价为FB1、FD1和FE1。
Claims (10)
1.一种齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，包括以下步骤：
(1)脱脂清洗：采用脱脂清洗剂，在高温和/或高压下使用超声振动对齿轮零件进行脱脂清洗；
(2)漂洗：在齿轮零件的温度恢复至室温后，采用漂洗液进行漂洗；漂洗后零件表面形成均匀的不破水膜；
(3)硝酸浸蚀：漂洗后的齿轮零件采用硝酸溶液进行硝酸浸蚀；
(4)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行再次漂洗，去除酸性物质；
(5)盐酸脱色：漂洗后的齿轮零件采用盐酸溶液进行盐酸脱色；
(6)漂洗：采用漂洗液对齿轮零件进行第三次漂洗，去除酸性物质；
(7)中和：将齿轮零件浸泡在碱性溶液中，浸泡时搅动溶液或零件，获得完全中和；
(8)漂洗：采用清水对齿轮零件进行第四次漂洗，去除碱性物质；
(9)脱水：采用酒精将齿轮零件进行干燥，去除水分；
(10)防锈：采用防锈液将齿轮零件全覆盖，防止锈蚀；
(11)检测：泛光照明，光源距被检区域≥200mm，对零件表面进行检测。
2.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的脱脂清洗中，高温是指温度为30℃-50℃；高压是指压力为100bar-150bar；所述的脱脂清洗剂为水基除油清洗剂或中性除油清洗剂；脱脂清洗的时间≥5分钟。
3.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的漂洗中，所述的漂洗液由水和钝化液组成，钝化液为水性碱性钝化防锈剂，钝化液的加入量为3％-5vol％；漂洗过程中，所述的漂洗液的pH值为3-9；所述的漂洗为超声清洗、高压清洗或温水清洗；当采用高压清洗时，漂洗液的压力不得低于5Mpa；当采用温水清洗时，漂洗液的温度为30℃-50℃；漂洗的时间≥30秒。
4.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：步骤(2)中，漂洗后零件表面的水膜可持续≥15秒，若无法满足要求，该部位须进行重新清洗。
5.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的硝酸浸蚀中，所述硝酸溶液的质量分数为1.5％～5.0％，硝酸浸蚀时间为10-30秒，浸蚀后零件表面达到7-11灰阶；硝酸浸蚀的方法为液浸法或擦拭法。
6.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的盐酸脱色中，所述盐酸溶液的质量分数为2.0％～6.0％，盐酸脱色时间为30-60秒，盐酸脱色后零件表面达到6-10灰阶。
7.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的中和过程中，所述的碱性溶液pH值＞10，溶液为氢氧化钠溶液；齿轮零件浸泡在碱性溶液中时间为10-60秒。
8.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：采用酒精、热水或气体设备进行脱水；所述的防锈液为脱水性油基或溶剂稀释型防锈液；所述的检测中，照明亮度为2200≤Lux≤5000。
9.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：灰阶参照TIFFEN灰度卡；采用轴承钢激光烧蚀制备的标准回火烧伤试样作为校验依据。
10.根据权利要求1所述的齿轮产品磨削烧伤酸洗检测方法，其特征在于：所述的齿轮产品包括太阳轮、行星轮、高速轮、高速轴和输出轴，检测区域为：太阳轮为齿面和花键齿面；行星轮为齿面、内孔、内孔上和下台阶面；高速轮为齿面和轴承位；高速轴为齿面和轴承位；输出轴为齿面和轴承位。
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