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齿轮的内在质量主要取决于齿轮材料和热处理。 由于经过特殊工艺处理而赋予产品质量特性，其内在质量无法直观直观，属于“内科药”范畴。 对此，需要采用专用设备和仪器（如：各种硬度计或硬度计、金相显微镜、各种机械性能机等）进行检测，以确保齿轮得到高质量的热处理。 下面就常用和先进的齿轮热处理检测设备和仪器做一个比较全面的介绍。

常用齿轮热处理检测设备与仪器

（一）原材料检验设备、仪器

主要用于齿轮等零件的成分谱分析、钢中的成分偏析和能带结构、钢中非金属夹杂物的检验等。成分谱分析设备用于成分谱分析。 光谱分析设备包括荧光X射线光谱分析设备、原子发射光谱分析设备和原子吸收光谱分析设备。 表1是分量频谱分析设备的分类。

表1 分量频谱分析设备分类

分类

设备名称

荧光X射线分析常用设备

根据能量分辨原理不同，可分为波长色散X射线荧光光谱仪、能量色散X射线荧光光谱仪和非色散光谱仪

原子发射光谱分析常用仪器设备

火焰发射光谱仪、微波等离子体光谱仪、电感耦合等离子体光谱仪、光电光谱仪、色谱仪等。

(2) 显微组织检测设备

显微组织检查是用金相显微镜检查齿轮等零件钢的内部组织和缺陷，包括奥氏体晶粒的测定，以及钢中非金属夹杂物、脱碳层深度和钢中化学成分偏析等。检验等。也用于齿轮的一般热处理、化学热处理、表面热处理等的金相检验。 典型的金相显微镜如表2所示。日本Olympus GX51倒置金相系统显微镜如图1所示。

表 2 典型金相显微镜

发源地

显微镜名称

国内的

上海光学仪器厂4XI、4XB、9XB金相显微镜及南京江南光电集团XJL系列、XJG系列等。

外国的

德国“卡尔蔡司”蔡司系列材料显微镜、日本“奥林巴斯”OLYMPUS系列光学显微镜（如IX51、IX71、GX51、GX71倒置显微镜）等。

图1 日本奥林巴斯GX51倒置金相系统显微镜

在对大型齿轮的显微组织进行无损检测时，可直接对被检件进行磨削、抛光、蚀刻和金相检测。 表3为国内外大型齿轮金相检验仪器。

表3 国内外大型齿轮金相检验仪器

发源地

显微镜名称

国内的

国产XH-500现场金相检测装置配备便携式微型电动抛光机、电解抛光（蚀刻）装置和小砂轮等，使用更方便

北京万泰XJB数字图像现场金相分析仪配备笔记本电脑、数码相机、图像分析软件，可在现场完成金相制样、观察、拍照、图像采集、存储、定量分析等工作。

外国的

美国PTI-5000、2000、1800现场金相检测仪，自带微电源，无需交流电源，最新研磨技术，无需砂纸，快速制样，图像动态采集300万像素，静态采集1200万像素像素。 放大倍数 100×~1000×

(3) 力学性能检测设备

机械性能试验设备主要用于齿轮等零件的硬度试验、静态拉伸试验、冲击试验等。

1）硬度测试设备

主要有布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计、显微硬度计、肖氏硬度计和里氏硬度计等，它们的应用范围有很大区别。 表4给出了几种硬度计的适用范围和特性比较。

表4 常用硬度计的适用范围及特点

（点击图片放大）

国产齿轮洛氏硬度计（检测齿轮齿面硬度）有G6（齿轮模数2.5~35mm）、G28（齿轮模数3~70mm）等。规格参数便携式齿轮硬度计见表5。

表5 便携式齿轮硬度计规格参数

模型

规格

精确

国家森林论坛

核能网络

非农就业报告

NFR

网络文件系统

NFH

模数m=2~10mm，最大公法线长度140mm，节圆直径30~40mm

m=3~35mm，最大公法线长度为400mm

m=3~35mm，最大公法线长度为700mm

m=3~35mm，最大公法线长度为1000mm

m=3~35mm，最大公法线长度为1500mm

内齿轮模数m>3mm，最大公法向长度80~118mm

±2HRC

N9Y

螺旋齿面，模数m=3~32mm

注：1）N7N、N7P、N7R、N7S型配备特殊装置时，模数m可达35~70mm；

2）可选择HRA、HR15、HR30N、HR45N测试方法。

2）静态拉伸试验设备

在齿轮等零件的力学实验中，最常用的设备是万能材料试验机，可以进行拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验。 表6为静态拉伸试验设备。

表 6 静态拉伸试验设备

设备名称

设备型号

液压万能试验机

国产机型有WE100、WE300、WE600、WE1000等。

电子万能材料试验机

国产WDS100型、CMT5000系列； 国外有日本的“岛津”AG-X系列等。

3）冲击试验设备

冲击试验时，利用试样冲压所消耗的功或试样的断口形貌，经整理后得到规定的冲击性能指标。 表7为常用冲击试验设备的分类及型号。

表7 常用冲击试验设备分类及型号

试验机分类

测试机器名称和型号

冲击法

落锤、摆锤、转盘。其中摆锤试验机型号主要有JB300、JB300A、JB300B等。

样品的应力状态

弯曲冲击、拉伸冲击和扭转冲击等。

(4) 无损检测设备和仪器

无损检测设备和仪器主要用于齿轮等零件内部缺陷的无损检测、表面缺陷的无损检测等。

1）内部缺陷无损检测设备和仪器

内部缺陷无损检测用于齿轮等零件内部缺陷的无损检测，可检测变形、裂纹、应力变化、材料结构缺陷等。 其主要检测仪器有射线检测机、超声波检测机、声发射检测机等。 表 8 列出了常用的无损检测设备及其用途和分类。

表8 常用的无损检测设备及其用途和分类

设备名称

使用

分类

X射线检测设备

应用X射线或伽马射线透照法或透视法检测成品半成品内部宏观缺陷

按其结构大致可分为移动式X光机和便携式X光机两大类。 移动型号有XYY-2515、XYT-3010、XYD-4010X等。便携型号有国产XXQ-2005、2505、3005、XXH(P)-2005、3005、XXG-2505等。还有日本产射频-200EG-SP等国外机型

超声波检测设备

超声波检测技术主要是在不破坏金属材料的情况下，利用物理、化学的手段和方法，对被检测物体内部和表面的各种潜在缺陷进行检测。

按其显示可分为A型、B型、C型、准二维显示超声波检测仪和超声波透视检测仪。几种超声波检测仪的型号有：CTS-22、CTS-26、XCTY- 11、JTS-5、JTSZ-1、CST-7、TUD210~360等

声发射检测设备与仪器

声发射技术是评价材料或部件损伤的动态无损检测和诊断技术，它通过对声发射信号的处理和分析，评价缺陷的发生和发展，确定缺陷的位置

常见类型包括单通道声发射探测器、多通道声发射源定位与分析仪等。

2）表面缺陷无损检测设备

无损检测的目的是检测和测量位于材料、齿轮等零件表面的缺陷或靠近表面的隐藏缺陷。 常用的检测设备有磁性检测设备、渗透检测设备和涡流检测设备。 表9列出了常用的表面缺陷无损检测设备及其组成。

表9 常用的表面缺陷无损检测设备及其组成

设备名称

设备组成及分类

磁性检测设备

它由一个主单元和一个附属单元组成。 主要装置又称充磁装置，充磁装置有多种形式：如降压变压器式、蓄电池充放电式、可控硅控制单脉冲式、电磁铁式、交叉线圈式等。 目前在固定式磁粉探伤设备中，降压变压器式应用较为广泛，而电磁铁式多用于便携式小型磁粉探伤设备。磁粉探伤机包括固定式系列CEW-100、500 、2000、4000、6000、9000、12500等，移动类型有CY500、1000、2000、3000、5000等。

渗透测试设备

一般分为四类：固定式、便携式、自动化和专用渗透测试设备

涡流探伤设备

主要由涡流探伤线圈、涡流检测仪等组成。

(5)疲劳试验机

大约80%的失效机器零件是疲劳损坏。 使用疲劳试验机研究齿轮等零件在交变载荷下的断裂能力非常重要。 常用的齿轮疲劳试验机见表10。

表10 常用齿轮疲劳试验机

分类

设备组成、技术参数

齿轮接触疲劳试验机

如国产JG-150机械动力全封闭试验机液压万能试验机功率，中心距为150mm，最大加载力矩为1960N·m。 采用50号极压工业齿轮油润滑，油温50~60℃。德国STRAMA等国外公司生产的中心距160mm标准疲劳试验机

齿轮接触磨损疲劳试验机

如德国GIM齿轮接触磨损疲劳试验机主要技术指标：试验台转速应为双向无级可调，转速范围：±（0～4500）r/min； 试验台的扭矩加载应为双向无级可调，扭矩范围：±（0~2000）N·m

齿轮双齿脉冲弯曲疲劳试验机

如PW-10型10t高频疲劳试验机采用双齿对称脉冲加载，频率为130~135Hz，条件疲劳试验极限为3×106

齿轮拉压疲劳试验机

如PLG-300C拉压疲劳试验机，对齿轮进行弯曲疲劳强度试验，对齿轮施加脉动载荷，直至发生弯曲疲劳失效（加载频率降低）或断裂（加载循环≥3×106)

齿轮FZG附着力试验机

如国产CL-100试验机，用L-AN68机械油润滑。试验大小两个齿轮，确定涂胶性能指标：涂胶承载等级； 涂胶温度

变速箱（齿轮）试验台

例如英国的CD110变速器试验台，用于测试变速箱、差速器和变速驱动桥等液压万能试验机功率，其循环功率为400kW，逆变器输入转速高达3000rpm，标配COMPEND 2000电脑控制和数据采集​​系统提供自动测试控制

驱动桥（齿轮）疲劳强度试验机

有两种专用的闭式或开式齿轮试验机。如国产QKT7-1型不需要箔齿轮，可进行输入扭矩20000N·m以下的驱动桥齿轮试验

(6) 耐磨试验机

主要用于检测齿轮等零件材料在摩擦作用下的表面形状和尺寸的磨损情况。 可以了解金属材料的化学成分、组织状态和力学性能与磨损之间的关系。 涂层技术为大幅提高材料的耐磨性提供了基础。 齿轮磨损试验机有国产MR-C1、MRC-1、FZG、CL-100等。

先进的齿轮热处理检测设备和仪器

1、用于生产过程控制的国外先进硬度计

(1)齿轮热处理检验用硬度计

1）布氏硬度计

①国外台式和大型落地式布氏硬度计：采用载荷深度比较法作为测试方法，直接数字显示，如瑞士ERNST公司的产品，其示值误差和示值重复性远优于同类产品。 GB要求，并具有圆柱面校正的特点。 因此，它可以完全替代传统的采用光学压痕直接测试法的布氏硬度计。

②便携式布氏硬度计：国外如瑞士ERNST公司的STE便携式布氏硬度计，替代了锤式硬度计，其测量结果可与台式机对比，完全符合国标标准，直接在样品，并具有良好的稳定性。

2）洛氏硬度计

①台式硬度计：国外如德国洛氏硬度计一般都配有夹套和压头保护套。

②便携式洛氏硬度计：瑞士Computest便携式洛氏硬度计，如国外ERNST公司，采用5kg载荷（按ISO标准），稳定性好。 其测试原理完全符合洛氏硬度标准。

3）维氏硬度计

①台式维氏硬度计：如瑞士ERNST公司生产的静载维氏硬度计，可直接显示数显。 测试模数为 1.5mm 的极小凹槽和齿轮等特征。

②便携式维氏硬度计：如国外瑞士公司生产该产品，利用电阻的变化来测量压痕深度。 通过与标准硬度曲线对比，可以在非常小的压痕结果的情况下得到非常稳定和准确的测试。

4）里氏硬度计

例如瑞士Proceq SA的EQUOTIP3便携式硬度计，测量精度高：±4HLD/0.5%（当HLD=800时）。

(2) 测量硬化层硬度和深度的硬度计

例如，瑞士ERNST公司研制出900型硬度计，可直接显示硬化层深度和表面硬度。 它可以在不破坏试样的情况下，利用电阻法得到硬化层硬度随深度变化的曲线，从而得到硬化层深度和表面硬度。

2、国外热处理无损检测设备和仪器

(1) 感应淬火层深度无损检测设备与仪器

1）P3121无损检测仪

德国弗劳恩霍夫协会无损检测研究所（IZFP）生产的P3121超声波背散射硬化层深度测试仪（见图2）采用超声波技术测量感应硬化深度，不会损坏被测材料。 工件硬化层的厚度。

图2 德国P3121硬化层深度无损测量仪

2）技术参数

①超声波脉冲发生器； ② 超声波接收频率：5~30MHz； ③ 4个检测通道； ④ 信号平均处理； ⑤ 通过特殊楔子进行声耦合； ⑥ 传感器/检测器。

3）产品优势

①可将测量系统集成到生产过程中，为持续高质量的生产过程提供保障； ②快速得到测量结果，每次测量只需几秒，减少停机时间，提高检测效率； ③为质量管理信息系统提供监测和硬化层深度分析功能。

(2) 3MAII多项目无损检测设备

1）设备

如微磁测量技术——3MAII测量仪。 可用于测量铁磁性材料的零部件的多项目无损检测。 它可以是非接触式的，全自动的，可以集成到生产线中。 检测速度快，可实现产品100%检测。

2) 目的

可无损测量的靶材数据如下：①硬度、硬化断面、硬化层厚度（Rht、Eht、Nht）。 ②拉伸试验力学性能（Rm、Rp、ReL、ReU、A等）。 ③表面和内部残余应力。 ④残余奥氏体含量、晶粒度。

3、渗碳层深度无损测量仪

以往检测齿轮等零件（试样）表面渗层深度的方法有宏观断口法、微观组织法和等温淬火法，但这些方法破坏性大，检测速度慢，不能100%检测。无法实现。 为此，可以使用先进的无损测量仪器。

德国弗劳恩霍夫无损检测技术研究所生产的3MAⅡA型渗碳层深度无损检测仪（见图3）是新研制的一种测量表层性能的无损检测仪。 渗碳层深度无损测量仪可实现测量过程自动化，将检测设备集成到生产过程中，具有测量速度快、产品100%检测等优点。 3MAⅡA渗碳层深度无损测量仪可快速、同步地对边缘层厚度为0~8mm的齿轮等零件进行多项相关质量指标评价。 同时可以综合分析不同的微观组织状态和应力敏感检测值的大小。 该方法采用预先校正，根据大量回归分析和渐近函数确定产品质量指标（目标值）。

图3 德国3MAⅡA渗碳层深度无损测量仪

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