是不是磨削裂纹？

haohaoxuexi0920

磨后发现的

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不是磨削裂纹。

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说说原因？

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磨削裂纹　　磨削加工在机械制造行业中广泛地被应用，经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳淬火钢零件，在磨削时与磨削方向基本垂直的表面常常出现大量的较规则排列的裂纹--磨削裂纹，它不但影响零件的外观，更重要的是还直接影响零件的质量。 　　一、磨削裂纹的产生机理 　　磨削裂纹的产生是磨削热引起的，磨削时零件表面的温度可能高达820～840℃或更高。 　　淬火钢的组织是马氏体和一定数量的残余奥氏体，处于膨胀状态(未经回火处理尤为严重)。如果将其表面快速加热至100℃左右并迅速冷却时，必然将产生收缩，这是第一次收缩。这种收缩仅发生在表面，其基体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹，这是第一种裂纹。当温度升至300℃时，表面再次产生收缩，从而产生第二种裂纹。马氏体的膨胀收缩随着钢中含碳量的增加而增大，故碳素工具钢和渗碳淬火钢产生磨削裂纹尤为严重。 　　淬火钢中的残余奥氏体，在磨削时受磨削热的影响即发生分解，逐渐转变为马氏体，这种新生的马氏体集中于表面，引起零件局部体积膨胀，加大了零件表面应力，导致磨削应力集中，继续磨削则容易加速磨削裂纹的产生；此外，新生的马氏体脆性较大，磨削也容易加速磨削裂纹的产生。另一方面，在磨床上磨削工件时，对工件既是压力，又是拉力，助长了磨削裂纹的形成。如果在磨削时冷却不充分，则由于磨削而产生的热量，足以使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后再次淬火成为淬火马氏体。因而使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致磨削表面出现磨削裂纹。 　　二、磨削裂纹的特征 　　磨削裂纹与一般淬火裂纹明显不同，磨削裂纹只发生在磨削面上，深度较浅，且深度基本一致。较轻的磨削裂纹垂直于或接近垂直于磨削方向的平行线，且规则排列的条状裂纹，这是第一种裂纹。较严重的裂纹显龟甲状(封闭网络状)，其深度大致为0.03-0.15mm。用酸腐蚀，裂纹明显易见。这是第二种裂纹。 　　三、磨削裂纹的防止措施 　　磨削工艺方面 　　(1)磨削裂纹的产生是因为磨削热所致，所以降低磨削热是解决磨削裂纹的关键。一般所采用的湿磨法，无论如何注入切削液，切削液都不可能在磨削的同时进入磨削面，因而无法降低磨削点位置的磨削热。切削液只能是使砂轮和零件的磨削点在磨削走过后瞬时受到冷却，同时切削液对零件的磨削点起淬火作用，因而事实上加大了磨削裂纹的产生。如果采用于磨法，背吃刀量选择较浅的磨法，可减少磨削裂纹。但是这种方法效果不是很显著，而且灰尘飞扬，影响工作环境，不宜采用。 　　(2)选用硬度较软、粒度较粗的砂轮来磨削，可以降低磨削热。但如果粒度太粗时会影响工件的表面粗糙度。对于表面粗糙度质量要求高的工件，不能采用此法，因而受到一定的限制。(3)分粗精磨，即粗磨选用粒度较粗的软砂轮磨削，便于强力磨削，提高效率，然后再用粒度细的砂轮进行精磨(背吃刀量较浅)。分开两台磨床进行粗磨和精磨，这是一种比较理想的方法。 　　(4)刚出炉的工件，必须待工件自然冷却后(冷却到常温)才能进行磨削。如果在时间允许的情况下，最好让工件自然时效1～2个月，消除应力后再进行磨削，这也会收到很好的效果。 　　(5)选用粒度较为锋利的砂轮，PA36～46K，及时清除砂轮表面积屑，减少背吃刀量，增加走刀(磨削)次数，减小工作台速度，取<=1～2m/min，也是一种有效的减少磨削裂纹的途径。 　　热处理方面 　　从以上分析知道，产生磨削裂纹的根本原因在于淬火件的马氏体组织是一种膨胀状态，有应力存在，要减少和消除这种应力，应进行去应力回火即淬火后应马上进行回火处理。 　　第一种磨削裂纹是工件在快速加热至100℃左右，并迅速冷却而产生的。所以，为防止这第一种磨削裂纹，工件应在150～200℃左右回火。第二种磨削裂纹是工件在磨削中继续升温至300℃时，表面再次产生收缩而产生的。所以，为防止这第二种磨削裂纹，则应将工件在300℃左右回火。回火时间必须在4h以上，应该注意工件在300℃回火时会使工件硬度下降，有时不宜采用。 　　有时经过一次回火后仍可能产生磨削裂纹，这时可以进行二次回火或人工时效，这个方法非常有效。 　　如果零件硬度要求不高，而零件外观表面要求较高时，可以将回火温度提高到400℃以上回火，即调质处理，这时零件表面不会再出现磨削裂纹现象。 　　在零件材质方面 　　当零件硬度要求较高而不能在300℃以上回火时，便要在零件材质上想办法。在前面分析中我们知道，马氏体的膨胀收缩率随着钢中含碳量的增加而增大，故碳素工具钢(T8以上)和渗碳淬火钢产生磨削裂纹尤为严重。所以，当零件硬度和表面外观质量均要求较高时，便不能选用碳素工具钢和渗碳淬火钢，而应选用诸如lCrl3、16Mn等钢种。对于零件表面外观质量要求较高，而零件又是急件时，在时间上不允许自然时效l～2个月(出炉后的零件)；或者因磨削工艺方面受到限制：如使用砂轮方面受到限制、磨床数量少，零件磨削工作量大等因素而无法分开磨床来粗精磨；或者由于车间工人环境清洁优美，也不便于采用干磨法等。这时只能在零件材质上考虑，只能选用含碳量低的lCrl3、40Cr等钢种，而不可能选用T8以上的碳素工具钢或渗碳淬火钢。 　　总之，只要在磨削工艺方面、零件热处理方面和零件材质方面综合考虑，我们便可以有效地防止磨削裂纹的产生。

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产生磨削裂纹的原因是复杂的，因素很多。如材料的物理性能，化学成分；铸造、锻压毛坯带来的各种缺陷；淬火、氮化等热处理不当等等，都会影响到磨削时出现裂纹。本文所研究的问题，仅限于磨削过程带来的裂纹。

为了提高曲轴的疲劳强度和耐磨性，对主轴颈和连杆颈进行中频淬火(包括圆角)或氮化等方法进行强化。对于中频淬火，特别是硬氮化的轴颈，由于磨削方法不当，极易产生裂纹。裂纹对在工作中承受极大负荷的曲轴来说，是引起曲轴断裂的致命缺陷，因此，是绝对不能允许的。解决磨削裂纹的难度很大。一直困扰着一些企业。现在一般使用低应力磨削法，实践证明这是一种有效的方法，但也存在一些问题。
1　低应力磨削
低应力磨削是解决磨削裂纹的较好途径，目前在国内外使用较为广泛。低应力磨削采用的方法是:选用砂轮的硬度很软，粒度偏粗，磨削速度低，进给量小。在使用极压磨削液的条件下，可在磨削表面内0.025mm处，形成小于120MPa的残留应力，由于应力小，且大多为压应力，因此不产生裂纹。低应力磨削的工艺参数见表1。

　　上述表的数据是用调质钢40CrNiMo经淬火、回火后，表面硬度Ra50的试件，进行平面磨削实验而得到的结果。
根据低应力磨削原理，曾应用于磨削硬氮化的302曲轴，效果较好。所磨主轴颈经探伤检测，没有裂纹。其磨削条件及工艺参数如下:曲轴材料42CrMn，氮化深度≥0.5mm，硬度HV450，在M131外圆磨床上磨主轴颈外圆，砂轮为棕刚玉，粒度46，硬度H(软2)，工件转速120r/min，砂轮速度26m/s，径向进刀量0.003mm，磨削液为硫化油。虽然低应力磨削是解决磨削裂纹常用的一种有效办法，但其效率太低，不适用于大批量生产。而且太软偏粗的砂轮，对保证曲轴的精度和粗糙度极为不利，要勤修砂轮，砂轮消耗大，加工成本高。在没有砂轮自动修整器的情况下，辅助时间长，影响生产效率。为此提出了探讨高效无裂纹磨削工艺的课题。
2　磨削应力及裂纹产生过程
曲轴的机械加工过程中，会产生残留应力，磨削加工也不例外，有关研究表明，它的残留应力是由塑变应力、热变应力及相变应力三部分构成。对于表面淬火的曲轴，特别是硬氮化的曲轴，表面是一层硬壳，硬度为HV≥420(HR15N≥82)，硬则脆，脆极易产生裂纹。脆则塑性差，因此硬而脆的表面，产生塑性变形应力的可能性很小，可以不考虑。
磨削过程由摩擦、挤压及切削三过程组成。磨削过程中的摩擦和挤压剧烈时，它的能量绝大部分将转化为热能，其中传入工件的达到了80%，大量的热能使磨削区域的温度达到500℃-800℃，而磨粒的切削刃与切屑接触点的温度，瞬时值可达1000℃，传入工件的高温又集中于磨削部位的表层，表层温度高，里层温度低，表层及里层受热膨胀的体积大小因温度差不能同步，相互之间的牵制作用，形成了热变应力。对于表面硬度高的轴颈，这是磨削中残留应力的最主要部分。
磨削时的表层温度若超过720℃左右的相变温度时，表层组织要发生相变，不同的金相组织，其体积大小是不同的，体积的增大与缩小，与金相组织的类型有关，外层金相组织改变而内层不变，相互之间的牵制作用，形成了相变应力，若将磨削时的表层温度控制在720℃范围内，不产生相变，也就不会形成相变应力。
当磨削时表层温度超过相变温度720℃时，在温度剧升和相变的双重因素作用下，表层的体积向外膨胀，沿周边伸长，温度向内层传递较慢，里层温度低，膨胀也慢，它阻碍外层膨胀，使外层在周边上不能伸长，造成外层的压应力，这时不会产生裂纹。当磨削液使工件冷却时，表层迅速收缩，这时里层温度变化不大，不能同步收缩，里层对表面极薄层收缩的阻碍作用，形成表层的拉应力，使表层开裂，出现裂纹。总之，拉应力产生裂纹，压应力有利于提高工件的疲劳强度。
3　不产生磨削裂纹的工艺途径
从产生裂纹的机理中可知，产生裂纹的根本原因，是磨削过程产生了高温。因此，磨削时工件不产生高温，或将高温在传入工件表层前将其带走，从这两方面着手，才是解决磨削裂纹的根本途径。高温绝大多数来源于磨削过程中的摩擦和挤压，减少摩擦和挤压是降低温度的关键。只有磨粒刃口锋利时，磨削过程是切削过程占主导地位，摩擦、挤压很轻微，产生的热量小，表层温度自然就低了。只要做到刃口锋利，并能维持较长时间的锋利。加强润滑，减小摩擦、挤压，也延长了锋利刃口的寿命。当刃口钝化时，应及时修整砂轮。基于上述认识，决定从下列五个方面开展工作。
3.1　砂轮磨料是关键，选择合适的砂轮。对磨料性能的要求是硬度高，抗弯强度大，耐热性能好(热稳定性好)刃口锋利，且自锐能力强，耐磨性能高，能长期维护刃口锋利。磨料中棕刚玉价位低，其性能较差。白玉较好，铬刚玉、单晶刚玉和微晶刚玉则更好一些。有一些混合磨料性能也能满足要求。最理想的磨料为立方氮化硼(CBN)各种性能均优于刚玉类磨料，其显微硬度是刚玉的3—5倍，抗弯强度为其3.5倍，耐磨性能是刚玉的100倍。因此能长时间保持刃口的锋利，不会产生烧伤和裂纹。但其价格昂贵，修整困难。通过试验找到了价位适中，又能满足工艺要求的砂轮。
3.2　要使用自动砂轮修整器。必须做到磨一个轴颈，修一次砂轮，始终保持砂轮刃口的锋利性。
3.3　选择润滑性能好的磨削液，如含极压成份的切削液，硫化切削油等。在保证工艺要求的前提下，要考虑环保要求。
3.4　具有较大压力和流量的供液装置。磨削时能将充分的磨削液送入磨削区，进行高效的润滑、冷却和清洗，将热量带走，降低磨削区的温度，并避免砂轮堵塞。
3.5　具有高效的磨削液过滤装置。磨削液中的砂粒，铁屑等杂质，不仅对曲轴的精度、粗糙度有不利影响，而且它会破坏润滑膜，成为裂纹源。因此必须将磨削液中的杂质过滤清除。
4　无裂纹的高效磨削
四年前，根据前述分析和思路，选择了合适的磨床，完善其功能。进行了一系列试验，从中优选出较好的工艺方案，用于批量生产。基本解决了淬火和硬氮化处理的曲轴，在普通磨削(磨削V=30m/s)和高速磨削(V=50m/s)的条件下无裂纹。这几年，已用于各类曲轴的大批量生产。其中，很多曲轴出口国外，取得了好的经济效果。
以磨削302硬氮化曲轴连杆颈为例，介绍其有关参数。使用的磨床是KA500×1250CNC-S(德)半自动连杆颈磨床，该磨床具有数控砂轮修整器，磨完一个连杆颈后，能自动修整砂轮一次。使用压力大、流量大的水泵，三个喷嘴对砂轮清洗，润滑冷却磨削区。压力1.5-1.8Mpa。主喷嘴流量10-14L/S，用于砂轮及轴颈外圆的冷却润滑。每个支喷嘴流量6-8L/S，用于圆角及侧面。实验证明流量过小或过大均会产生裂纹。流量大小，还要根据工件材质和热处理状况进行调整。磨削液使用磁性过滤器和涡旋分离器双重过滤系统净化处理，净化率可达到大于99%。
砂轮使用刚玉类混合磨料，60粒度，M级(中1)硬度，高速磨削V=50m/s。其主要参数与低应力磨削的比较见表2。由于使用了高速磨削，其进给量又比低应力磨削大，生产效率高，是低应力磨削的3～5倍。

5　结论
5.1　低应力磨削是解决磨削裂纹的有效途径，使用比较广泛。但是使用砂轮的硬度低，粒度粗，对保证工件的精度和粗糙度不利，磨削效率低，不利于大批量生产。使用硫化切削油，气味重，有污染，不利于工人操作。
5.2　不产生磨削裂纹的关键因素是较长时间保持砂轮微刃的锋利。锋利的刃口，减缓了磨削过程中的摩擦挤压过程，从而降低了磨削区的温度。若降至600℃以下，或更低。磨削液能将热量迅速带走，磨削部位表、里层温度低，梯度小，也就不会出现裂纹。
5.3　保持砂轮微刃锋利的方法是:①选用物理性能好的磨料；②勤修砂轮，采用能自动修整砂轮的磨床，磨一个连杆颈修一次砂轮；③采取润滑性能好的水基极压磨削液；④使用压力较大，流量充分的磨削液的供液装置，并具有净化率高的过滤系统。
5.4　无裂纹高效磨削的优点是:效率高，更容易保证工件的加工质量(精度和粗糙度)，可使用水基磨削液，改善了磨削环境，优于低应力磨削。但目前国内有不少的磨床不具备所需的功能，若能按上述要求改装，亦能达到同样的目的。
5.5　无裂纹高效磨削工艺，还需要进一步研究完善，优选出更佳的工艺参数。

haohaoxuexi0920

谢谢!

laoguei

磨削裂纹的特征 　　磨削裂纹与一般淬火裂纹明显不同，磨削裂纹只发生在磨削面上，深度较浅，且深度基本一致