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磨削裂紋的產(chǎn)生機(jī)理和防止淺探
黃如杭 2010/8/1
[摘 要]：碳素工具鋼和滲碳淬火鋼在磨削時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)磨削裂紋影響制造產(chǎn)品的質(zhì)量，本文從金屬材料的金相組織和磨削工藝的角度，探討了磨削裂紋產(chǎn)生的機(jī)理及其防止。
[主題詞]：磨削裂紋 機(jī)理 防止
經(jīng)熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削時(shí)與磨削方向基本垂直的表面常常出現(xiàn)大量的較規(guī)則排列的裂紋——磨削裂紋，它不但影響零件的外觀(guān)，更重要的是還直接影響零件的質(zhì)量。
1、磨削裂紋的產(chǎn)生機(jī)理
磨削裂紋產(chǎn)生的主要原因是磨削熱。
磨削時(shí)，零件表面的溫度可能高達(dá)820～840℃或更高。磨削面和非磨削面之間存在著較大的溫度梯度，進(jìn)而引起不同的應(yīng)力分布。淬火鋼的組織是馬氏體和一定數(shù)量的殘余奧氏體，處于膨脹狀態(tài)(未經(jīng)回火處理尤為嚴(yán)重)。如果將其表面快速加熱至100℃左右并迅速冷卻時(shí)，必然將產(chǎn)生收縮。這種收縮僅發(fā)生在表面，其基體仍處于膨脹狀態(tài)，使表面層承受拉應(yīng)力作用導(dǎo)致微裂紋產(chǎn)生，這是第一種裂紋。當(dāng)溫度升至300℃時(shí)，表面再次產(chǎn)生收縮，從而產(chǎn)生第二種裂紋。馬氏體的膨脹收縮隨著鋼中含碳量的增加而增大，故碳素工具鋼和滲碳淬火鋼產(chǎn)生磨削裂紋尤為嚴(yán)重。
淬火鋼中的殘余奧氏體，在磨削時(shí)受磨削熱的影響即發(fā)生分解，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這種新生的馬氏體集中于表面，引起零件局部體積膨脹，加大了零件表面應(yīng)力，導(dǎo)致磨削應(yīng)力集中，繼續(xù)磨削則容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生；此外，新生的馬氏體脆性較大，磨削也容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生。
另一方面，在磨床上磨削工件時(shí)，對(duì)工件既是壓力，又是拉力，助長(zhǎng)了磨削裂紋的形成。如果在磨削時(shí)冷卻不充分，則由于磨削而產(chǎn)生的熱量，足以使磨削表面薄層重新奧氏體化，隨后再次淬火成為淬火馬氏體。因而使表面層產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力，再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快，這種組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加就可能導(dǎo)致磨削表面出現(xiàn)磨削裂紋。
2、磨削裂紋的特征
磨削裂紋與一般淬火裂紋明顯不同，磨削裂紋只發(fā)生在磨削面上，深度較淺，且深度基本一致。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向的平行線(xiàn)，且規(guī)則排列的條狀裂紋，這是第一種裂紋。較嚴(yán)重的裂紋顯龜甲狀(封閉網(wǎng)絡(luò)狀)，其深度大致為0.03-0.15mm。用酸腐蝕，裂紋明顯易見(jiàn)。這是第二種裂紋。
3、磨削裂紋的防止措施
3.1 磨削工藝方面
3.1.1 磨削裂紋的產(chǎn)生是因?yàn)槟ハ鳠崴�，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵。一般所采用的濕磨法，無(wú)論如何注入切削液，切削液都不可能在磨削的同時(shí)進(jìn)入磨削面，因而無(wú)法降低磨削點(diǎn)位置的磨削熱。切削液只能是使砂輪和零件的磨削點(diǎn)在磨削走過(guò)后瞬時(shí)受到冷卻，同時(shí)切削液對(duì)零件的磨削點(diǎn)起淬火作用，因而事實(shí)上加大了磨削裂紋的產(chǎn)生。如果采用于磨法，背吃刀量選擇較淺的磨法，可減少磨削裂紋。但是這種方法效果不是很顯著，而且灰塵飛揚(yáng)，影響工作環(huán)境，不宜采用。
3.1.2 選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來(lái)磨削，可以降低磨削熱。但如果粒度太粗時(shí)會(huì)影響工件的表面粗糙度。對(duì)于表面粗糙度質(zhì)量要求高的工件，不能采用此法，因而受到一定的限制。
3.1.3 分粗精磨，即粗磨選用粒度較粗的軟砂輪磨削，便于強(qiáng)力磨削，提高效率，然后再用粒度細(xì)的砂輪進(jìn)行精磨(背吃刀量較淺)。分開(kāi)兩臺(tái)磨床進(jìn)行粗磨和精磨，這是一種比較理想的方法。
3.1.4 剛出爐的工件，必須待工件自然冷卻后(冷卻到常溫)才能進(jìn)行磨削。如果在時(shí)間允許的情況下，最好讓工件自然時(shí)效1～2個(gè)月，消除應(yīng)力后再進(jìn)行磨削，這也會(huì)收到很好的效果。
3.1.5 選用粒度較為鋒利的砂輪，PA36～46K，及時(shí)清除砂輪表面積屑，減少背吃刀量，增加走刀(磨削)次數(shù)，減小工作臺(tái)速度，�。�=1～2m/min，也是一種有效的減少磨削裂紋的途徑。
3.2 熱處理方面
從以上分析知道，產(chǎn)生磨削裂紋的根本原因在于淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態(tài)，有應(yīng)力存在，要減少和消除這種應(yīng)力，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火即淬火后馬上進(jìn)行回火處理。
第一種磨削裂紋是工件在快速加熱至100℃左右，并迅速冷卻而產(chǎn)生的。所以，要防止這第一種磨削裂紋，工件應(yīng)在150～200℃左右回火。第二種磨削裂紋是工件在磨削中繼續(xù)升溫至300℃時(shí)，表面再次產(chǎn)生收縮而產(chǎn)生的。所以，為防止這第二種磨削裂紋，則應(yīng)將工件在300℃左右回火。回火時(shí)間必須在4h以上，應(yīng)該注意工件在300℃回火時(shí)會(huì)使工件硬度下降，有時(shí)不宜采用。有時(shí)經(jīng)過(guò)一次回火后仍可能產(chǎn)生磨削裂紋，這時(shí)可以進(jìn)行二次回火或人工時(shí)效，這個(gè)方法非常有效。
如果零件硬度要求不高，而零件外觀(guān)表面要求較高時(shí)，可以（未完，下一頁(yè)）
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