磨削裂纹的产生与防止

中频淬火凸轮轴磨削裂纹产生原因及对策林柏春魏国芳【摘要】对球墨铸铁中频淬火凸轮轴磨削裂纹产生的原因进行了分析。

认为磨削工艺不当，产生了过高的磨削热，使凸轮浅表层组织回火过度，硬度大幅下降，从而产生极大的拉应力是磨削裂纹产生的主要原因。

采取对策后取得了较满意的效果。

关键词：凸轮轴磨削热回火过度残余应力磨削裂纹Cause of Grinding Cracks on Medium FrequencyInduction Hardened Cam Shaft and CountermeasureLin Baichum，Wei Guofang （Changzhou Diesel Co．，Ltd．，Changzhou213002）【Abstract】The cause of the grinding crack on medium frequency induction hardened cam shaft made of spheroidal cast iron was analyzed．It was found that the grinding process was unsuitable，thus too much grinding heat was produced and near surface zone of the cam shaft was overtempered，which resulted in very high residual tensile stress and drop in hardness in this zone．Those are the main causes of the grindi gcracks．Proper countermeasures were adopted and quite satisfying effects were obtained．Key words：cam shaft，grinding heat，overtempering，residual stress，grinding cracks1 前言我厂S195柴油机凸轮轴材料为QT600-3（稀土-镁球墨铸铁），热处理技术要求：正火后珠光体量≥75%，碳化物＋磷共晶总量＜5%，凸轮表面中频淬火后硬度达到45～50HRC，淬硬层深度1.5～4.5mm，淬硬层表面组织3～6级。

磨床磨削裂纹的产生原因分析与对策分析磨削裂纹的产生原因，与磨削前各加工过程所产生的缺陷，如材料表层中存在网状碳化物、非金属夹杂、组织疏松、成分偏析、晶界上的淬火变形等有关；裂纹通常与烧伤同时出现。

当工件表层的残余拉应力超过材料的抗拉强度时，就会产生磨削裂纹。

磨削裂纹的产生原因和减小磨削裂纹的方法如下：1、正确选用砂轮，例如可采用颗粒较粗、较软、组织较疏松的砂轮；保证修整后砂轮的锋利。

2、保证磨削时的冷却条件，设法使冷却液能有效地渗透到工件的磨削区中。

3、合理选择磨削用量，例如提高工件的转速，采用较小的径向进给量等。

磨削时如果磨削工艺参数选择或操作不当，工件表面温度达到150~200度时表面因马氏体分解，体积缩小，而中心马氏体不收缩，使表层承受拉应力而开裂，产生的裂纹会与磨削方向垂直，裂纹相互平行。

当磨削温度在200度以上时，表面由于产生索氏体或托氏体，这时表层发生体积收缩，而中心则不收缩，使表层拉应力超过脆断抗力而出现龟裂现象。

4、工件表面渗层碳浓度过高，会使工件表面产生过多的残余奥氏体．从而容易导致产生烧伤和裂纹。

因此，表面碳浓度增加，则降低了磨削性能，一般表面碳浓度应控制在0.75％-0.95％范围以内。

5、碳化物分布应均匀，粒度平均直径不大于0.001m；碳化物形态应为球状、粉状或细点状沿网分布，不允许有网状或角状碳化物。

6、热处理时．表面或环境保护不当会产生表面氧化，这样在工件上就会产生一层薄的脱碳层，这层软的脱碳层会引起砂轮过载或过热，从而造成表面回火，工件磨削时容易出现裂纹。

7、如果冷却不充分，磨削时零件表面温度有时可能高达820~840度或更高，则由于磨削形成的热量足以使表面薄层重新奥氏体化，并再次淬火而形成淬火马氏体，表面形成二次淬火的金相组织。

此外，磨削形成的热量使零件表面温度升高极快，这种组织应力和热应力导致磨削表面出现磨削裂纹。

8、使用金刚滚轮修整砂轮的内滚道磨床加工的零件有裂纹，还与配置的金刚滚转速、转向、金刚石的粒度、磨损情况、修砂轮时电主轴的转速、修砂轮时与滚轮磨合停留的时间等因素有关。

技术讲座二磨削裂纹产生机理与防止措施1 磨削裂纹的特征磨削裂纹形状特别，仅发生在磨削面上,与淬火裂纹在宏观上观察明显不同，且磨削裂纹深度较浅。

较轻的磨削裂纹垂直于或接近垂直于磨削方向呈平行分布，称之为第Ⅰ类裂纹。

较严重的裂纹呈龟甲状,称之为第Ⅱ类裂纹，习惯上叫做龟裂。

其深度大致为0.03-0.20mm。

用酸浸蚀后裂纹更加明显易见。

2 磨削裂纹的产生机理磨削裂纹的产生皆由内部应力诱发所致，磨削裂纹产生的主要原因是磨削热引起的。

工件磨削时磨削接触区温度高达400℃，磨削接触点的温度更是高达800℃以上。

磨削热导致工件表面产生热应力和组织相变而引起体积变化的相变应力。

渗碳淬火钢的表面组织是高碳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)；磨削热尤其是砂轮和工件接触区的高热会迅速使接触区表面温度升高，当表面温度升高到100℃～200℃左右离开接触区被冷却液迅速冷却时，必然将产生收缩，这是第一次收缩。

这种收缩仅发生在表面，由于其基体马氏体仍处于膨胀状态，从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹，这就是第Ⅰ类裂纹。

随着磨削加工的继续当表面温度升至300℃～400℃时，表面层发生相引起变体积缩小，导致表面再次产生收缩，从而产生第Ⅱ类裂纹。

由于马氏体的膨胀收缩是随着钢中含碳量的增加而增大，故渗碳淬火钢（高碳工具钢）表面产生磨削裂纹尤为严重和常见。

渗碳淬火工件表面的残余奥氏体，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，继续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（727℃以上），随后再次淬火转变为淬火马氏体。

万方数据第５期周志雄等：陶瓷材料磨削裂纹成因分析一１０９一区时，作用其上的载荷也逐渐减少，在这个显微塑变及其产生的残余应力的作用下，沿径向裂纹的横向出现横向裂纹，并延伸至材料表面形成裂纹区的断裂从基本剥落【２］。

２．３疲劳裂纹的扩展动力对于弹塑性陶瓷材料而言，疲劳裂纹的扩展不是一个连续过程，而是一个钝化启裂与稳定扩展交替进行的过程。

疲劳裂纹的扩展，实际上是裂尖局部区域即断裂过程区内材料的不断分离。

因此，它首先必须满足切断裂尖原子或分子结合的条件，另外，裂纹的稳定扩展除受裂尖前缘局部条件控制外，还受裂尖前端耗散区能流的全局状态控制。

随着裂纹的扩展，一些输入能量转变成储存在弹性卸载区内的残余应力能；一些因发热和材料的再组织而被耗散；其余则转变为材料的表面能。

２．４磨削热裂纹的扩展动力由于陶瓷的散热能力差，即使磨削时使用冷却液进行冷却；磨削区的显微塑变和摩擦会在磨削表面引起很高的磨削温度。

由此在表面产生的热压应力为毋，，且有毋，＝竺｛掣。

当这ｐ部分热影响区的表面冷却，不可恢复的表面塑性变形将产生残余拉应力∞ｒ，以ｒｍ盯ｓｒ如果达到材料的断裂极限，磨削表面就产生热裂纹。

该微裂纹与磨痕方向没有确定的取向关系。

裂纹的主要形式有：表面尺寸较小，向次表面延伸较深的压痕效应；表面尺寸较大的细长网状热裂纹；沿晶粒扩展的晶界间隙裂纹；不连续显微塑变裂纹。

３实验结果及分析王西彬等在常用磨削用量条件下得到以下ＳＥＭ观测结果【４】：３．１２Ｙ—ＰＳｚ的磨削热裂纹（如图２）部分稳定相变增韧ｚ曲：陶瓷２Ｙ—ＰＳＺ的晶粒细小，含有较高的亚稳态四方相ｔ’（ｃ＋￡’含量达４５％），具有良好的增韧效果，在实验陶瓷中断裂韧性‰值较大，强度盯ｓ较高，磨削表面平整光滑，为典型的显微塑变磨削特征。

没有发现明显的径向裂纹和不连续显微塑变裂纹。

当磨削速度提高到３０ｍ／ｓ时。

磨削温度升高，在光整的磨痕周围会出现如图所示的裂纹，是一种典型的磨削热裂纹。

整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析及其工艺改进1 引言整体硬质合金刀具在航空航天业、模具制造业、汽车制造业、机床制造业等领域得到越来越广泛的应用，尤其是在高速切削领域占有越来越重要的地位。

在高速切削领域，由于对刀具安全性、可靠性、耐用度的高标准要求，整体硬质合金刀具内在和表面的质量要求也更加严格。

而随着硬质合金棒材尤其是超细硬质合金材质内在质量的不断提高，整体硬质合金刀具表面的质量情况越来越受到重视。

众所周知，硬质合金刀具的使用寿命除了与其耐磨性有关外，也常常表现在崩刃、断刃、断裂等非正常失效方面，磨削后刀具的磨削裂纹等表面缺陷则是造成这种非正常失效的重要原因之一。

这些表面缺陷包括经磨削加工后暴露于表面的硬质合金棒料内部粉末冶金制造缺陷(如分层、裂纹、未压好、孔洞等)以及磨削过程中由于不合理磨削在磨削表面造成的磨削裂纹缺陷，而磨削裂纹则更为常见。

这些磨削裂纹，采用肉眼、放大镜、浸油吹砂、体视显微镜和工具显微镜等常规检测手段往往容易造成漏检，漏检的刀具在使用时尤其是在高速切削场合可能会造成严重的后果，因此整体硬质合金刀具产品磨削裂纹缺陷的危害很大。

因此对整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生原因进行分析和探讨，并提出有效防止磨削裂纹的工艺改进措施具有很重要的现实意义。

2 整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析1.整体硬质合金刀具的磨削加工特点硬质合金材料由于硬度高，脆性大，导热系数小，给刀具的刃磨带来了很大困难，尤其是磨削余量很大的整体硬质合金刀具。

硬度高就要求有较大的磨削压力，导热系数低又不允许产生过大的磨削热量，脆性大导致产生磨削裂纹的倾向大。

因此，对硬质合金刀具刃磨，既要求砂轮有较好的自砺性，又要有合理的刃磨工艺，还要有良好的冷却，使之有较好的散热条件，减少磨削裂纹的产生。

一般在刃磨硬质合金刀具时，温度高于600℃，刀具表面层就会产生氧化变色，造成程度不同的磨削烧伤，严重时就容易使硬质合金刀具产生裂纹。

磨削裂纹产生机理与防止措施简介：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显现大量的较规定排列的裂纹——磨削裂纹，它不但影响零件的外观，更紧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肯定数量的残余奥氏体，处于膨胀状态（未经回火处理尤为关键字：刀具夹具切削铣削车削机床测量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显现大量的较规定排列的裂纹——磨削裂纹，它不但影响零件的外观，更紧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肯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）。

假如将其表面快速加热至100℃左右并快速冷却时，必定将产生收缩，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加添而增大，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，渐渐变化为马氏体，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，连续磨削则简单加速磨削裂纹的产生；此外，新生的马氏体脆性较大，磨削也简单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。

假如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上升极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致磨削表面显现磨削裂纹。