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零件磨削裂纹产生原因及预防措施

提示:

零件经过热处理满足了技术要求,随后要进行车削或磨削加工处理,得到符合要求的成品零件。尤其是经过化学热处理后并进行淬火的零件,必须对其表面加工,其中外圆磨削是常用的加工工艺,但因加工不当将出现磨削裂纹,因此一般发生于淬火后应力过大或未及时回火,以及回火不充分(不足),或残余奥氏体过多时,即使在正常条

    零件经过热处理满足了技术要求,随后要进行车削或磨削加工处理,得到符合要求的成品零件。尤其是经过化学热处理后并进行淬火的零件,必须对其表面加工,其中外圆磨削是常用的加工工艺,但因加工不当将出现磨削裂纹,因此一般发生于淬火后应力过大或未及时回火,以及回火不充分(不足),或残余奥氏体过多时,即使在正常条件下进行磨削,也会造成磨削裂纹的产生。

    磨削裂纹在零件的研磨表面可用肉眼或磁力探伤发现,通常有三种类型:呈现为细小网络状分布的裂纹;裂纹呈细小长条状,并与砂轮进给方向呈交叉分布;呈细小点状分布,类似蠕虫等。垂直于裂纹切开进行金相分析,一般会发现表面有一层黑色的回火层,如磨削压力过大会产生一层白色硬化层,裂纹的深度在回火层内,与表面裂纹垂直,在尖角处呈交叉状。

    淬火零件在最后的磨削过程中,如果因磨削参数选择不当如磨削砂轮过硬、磨削量过大、冷却条件不良等,造成砂轮在磨削过程中随着磨削热而升温,在100℃时表面发生第一次收缩,但零件的内部仍处于膨胀状态,因此表层受张应力的作用,发生龟裂(第一种裂纹),裂纹与磨削进给方向垂直,呈平行线状,深度在0.10. 2mm。当表面的磨削热量达到300℃,将发生第二次收缩,表面呈现网状裂纹(第二种裂纹)。对裂纹的检验方法是采用热酸蚀法,其显微组织为托氏体或索氏体组织。因此严格控制磨削工艺参数,零件的表面应冷却时充分冷却,及时修正砂轮等,完全可以避免磨削裂纹的产生,磨削裂纹的两种形态见图3-24

磨削裂纹的两种形态

    3-24    磨削裂纹的两种形态

    淬火裂纹和磨削裂纹产生的原因不同,因此其裂纹的形态不同,淬火裂纹是在淬火过程中发生的,而磨削裂纹是在磨削的表面上产生的。磨削裂纹的方向必定与磨削方向垂直,其形状呈龟裂或龟甲状,而淬火裂纹只是呈断裂形状,见图3-25。另外淬火裂纹发生的部位在截面尺寸急剧变化的部位、呈尖锐凹凸形的凸角处、有孔洞的部位等,打标记及刻印所引起的裂纹也可断裂为淬火裂纹。

    磨削裂纹的特征为裂纹细而浅,呈龟裂或较有规则地排列成辐射状,如图3-26~图3-28所示,垂直于磨削方向,严重的呈网状裂纹,其产生原因如下。

磨削裂纹与淬火裂纹二者形态的差异

    3-25    磨削裂纹与淬火裂纹二者形态的差异

    ①零件磨削产生的温度到150200℃,则马氏体分解,零件的表面体积缩小,而内部未受热使表层承受拉应力而开裂,当磨削温度在200℃以上时,表层变为索氏体或托氏体组织,表层又发生体积的收缩,表层的拉应力超过了脆断抗力,零件表面出现龟裂。

    ②当磨削后的表面温度在800900℃,其速升达到600/s,如冷却不充分,磨削产生的热量足以使零件的表面薄层重新加热到奥氏体状态,再次进行淬火处理,形成了淬火马氏体造成体积的膨胀。

    ③表层中有残余奥氏体转变为脆性的马氏体组织。

    由于磨削形成的热量使零件的表面温度升高,此时产生的磨削拉应力、组织应力和热应力共同作用,最终导致了磨削裂纹的产生。

磨削裂纹(龟裂)

    3-26    磨削裂纹(龟裂)

圆柱体表面的磨削裂纹

    3-27    圆柱体表面的磨削裂纹

    经过分析裂纹是磨削裂纹后,要进一步的判断和确定是砂轮的磨削工艺不当,还是零件本身的组织不良或回火不足等原因造成的,要对裂纹附近的组织进行深入的检查,首先是有无粗大的渗碳体网络,其次是有无过多的残余奥氏体,有无表面磨削烧伤等,这样可得出正确的结论。

曲轴轴径上的磨削裂纹

    3-28    曲轴轴径上的磨削裂纹

    磨削烧伤是指零件表面因为冷却不良或磨削量过大,造成零件的表面出现退火现象。其检查方法为:用温水洗干净零件的表面,用5%的硝酸酒精溶液腐蚀5060s,直到表面变黑,再用温水清洗干净,放入50%的盐酸水溶液中3s,温水洗净烘干检查。如腐蚀面混有明亮斑点(马氏体组织)或暗斑点(托氏体或索氏体组织),则表明表面已经烧伤。一旦出现这种缺陷,将造成表面硬度不均,零件的耐磨性和强度明显降低,甚至会出现废品,无法满足零件的工作要求,因此在零件实际磨削过程中,这是绝对不允许的。热处理后的零件在后续的磨削加工过程中,因为磨削不当均会产生磨削退火和产生磨削裂纹,不同粒度的砂轮对不同材料、不同硬度的零件,可能产生不同类别的磨削裂纹。

    零件在磨削过程中表面发热,随后进行快速冷却(激冷)是造成表面开裂的主要原因,通常是砂轮长久磨削后零件表面被砂粒和金属屑堵塞,表面产生严重的发热,表面的瞬间温度在850℃以上,达到淬火加热温度,激冷后产生表面淬火,造成淬火开裂。磨削热是砂轮与零件接触下产生的,它同砂轮的种类、粒度、零件的材质等有直接的关系,零件硬度提高,则硬质碳化物的数量增多,造成热导率降低,因此磨削热量使零件的表面温度升高,例如高碳钢或含有铬、钼等合金钢,在磨削过程中如参数不当则很容易造成磨削裂纹的产生。

    应当注意材料的原始组织状态对磨削质量有一定的影响,如组织中出现三级以上的网状碳化物,则在磨削过程中产生的裂纹也呈网状分布。另外材料热处理后组织不同,则对产生磨削退火和磨削裂纹具有不同的影响,一般规律为组织中碳化物越多,其热传导性能越差,硬度愈高,零件的脆性愈严重,磨削开裂的倾向就越严重,而零件中存在较多的残余奥氏体组织,零件表面的硬度高也容易产生磨削裂纹。零件在磨削过程中,加工条件除了材料和热处理工艺等因素外,在磨削加工中因磨削加工的条件、工艺参数的改变等均可能导致产生磨削裂纹。下面将热处理零件在磨削过程中产生裂纹的因素、发展趋势和改进办法,汇总列于表3-13中。磨削裂纹和工艺过程之间的关系和预防措施等见表3-14,从中可以分析和了解其对磨削裂纹的影响。

    3-13    淬火零件产生磨削裂纹的原因、发展倾向和改进的措施

淬火零件产生磨削裂纹的原因、发展倾向和改进的措施

    3-14    磨削裂纹和工艺过程的关系及其预防措施

磨削裂纹和工艺过程的关系及其预防措施


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