[发明专利]齿轮与轴类零件渗碳深度的脉冲涡流检测装置与方法

说明书

本发明公开了一种齿轮与轴类零件渗碳深度的脉冲涡流检测装置，包括脉冲信号发生器、功率放大器、电涡流探头、信号调理放大器、数据采集卡及计算机；脉冲信号发生器产生脉冲信号，经功率放大器后驱动电涡流探头，电涡流探头输出信号经信号调理放大器和数据采集卡后输入计算机；同时还包括使用该装置的检测方法；本发明解决了当前实际生产中齿轮与轴类零件渗碳深度检测存在的随机抽样、破坏性、成本高、需要化学试剂、过程繁琐费时等问题，具有不破坏零件使用性能、检测速度快、仪器成本低、不受趋肤效应限制等优点，可实现齿轮与轴类零件的在线100%检测。

技术领域

本发明涉及一种齿轮与轴类零件渗碳深度的脉冲涡流检测装置与方法，属于热处理质量控制和无损检测技术领域。

背景技术

在当代机械加工过程中化学热处理的应用越来越多，在航空航天、海洋机械以及汽车制造等各个领域均得到了广泛应用。目前大量应用的凸轮、齿轮、偏心轮、活塞销等机械零件在工作过程中承受强烈的摩擦和冲击载荷，因此要求零件表面具有较高的硬度和耐磨性，而心部具有良好的塑性和韧性。为了满足上述性能要求，需要对齿轮和轴类零件进行化学热处理。化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬、渗硅、氧氮化、硫氰共渗、碳氮硫氧硼五元共渗及碳（氮）化钛覆盖等，其中渗碳在现代机械制造领域应用最为广泛。

化学热处理过程主要分为分解、吸收、扩散三大步。分解是指处理过程中所需介质中的渗剂分子发生分解，分解出活性原子。吸收是指该活性原子被零件表面吸收后与零件基体形成合金固溶体的过程。扩散是指该活性原子由基体材料表面向基体内部逐渐扩散，并形成一定的浓度梯度。

通过渗碳处理能够使零件获得高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。根据渗碳过程中渗碳介质状态的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳以及气体渗碳三种，其中以气体渗碳应用最为广泛。而对于零件的渗碳质量，一般希望渗碳层浓度梯度平缓，渗碳层深度按照要求控制在0.5 mm~2.5 mm范围内。渗碳质量的评价指标有表面碳浓度、渗碳深度和渗层碳浓度分布等参数，其中渗碳层深度是最重要的指标。若渗碳层过浅易导致零件表面硬度和耐磨性不达标，渗碳层过深则导致零件塑性和韧性不达标；因此对高性能的齿轮与轴类零件而言，准确测量渗碳层深度是极为重要的。

测量渗碳深度的常用方法可分为破坏性检测和无损检测两大类。常用的破坏性检测方法有电阻法、硬度法、剥层法（化学法）、金相法等，电阻法是在传统测量维氏硬度的金刚石压头（非导体材料）表面涂覆一层薄导体层，压头与试件间形成一闭合回路，通过测量压头座与试样之间阻值便能得到压头位置，即压头在零件中的深度，这种方法在获得零件深度方向上硬度分布的同时，能直接得到零件渗层的表面厚度，但该方法容易受零件表面粗糙度影响。

硬度法通过测量压头在零件表面压孔的尺寸得到零件硬度，测试零件从表面到硬度为550 HV处的垂直距离即为渗碳深度，具有测量精确、重复性好等优点，缺点是要求钢材的淬透性稳定，而目前的淬透工艺稳定性往往较差。

剥层法也称化学法，是根据零件深度的增量进行剥层，逐层分析碳含量，其测量结果较为精确，但过程非常繁琐费时。

金相法是对零件进行等温退火，得到平衡组织在光学显微镜下放大测量，测量结果直观，但化学试剂的选择必须慎重考虑，否则无法清晰显示渗层相界。

上述检测方法对零件都具有破坏性，因而不能对所有零件进行100%检测，只能进行抽样检测；抽样检测可能把合格的零件判为不合格，也可能把不合格的零件判为合格，有接受不合格零件和拒绝合格零件的风险；对制造的产品或过程只能提供较少的品质信息，对于要求高可靠性和高性能的零件并不适用。