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。

的产 生 ； 此外 ， 生 的马 氏体 脆 性 较 大 ， 削 时也 新 磨 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 ， 冷却也快这种组织
磨 削裂 纹 的产 生是 磨 削热 引起 的 ，磨 削 时零
件磨削表面的温度可能高达 ８０ ８Ｏ 或更高 。 ２ ～ ４ 淬火 钢的组织是 马 氏体 和一定 数量 的残余 奥氏 体， 它们处于膨胀状态ｆ 回火处理） 未经 。马氏体的 膨胀收缩随着钢中含碳量的增加而增大 ，使轴承
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 ， 种新 生 的马 氏体 集 中 于磨 削 表 面 ， 这 引起 零件局 部 体积 膨胀 ， 大 了零 件表 面应 力 ， 加 导
中图分类号 ：Ｈ１３３ ；Ｇ５０６Ｔ ６ ．１ Ｔ ３ ． Ｔ ８ ．；Ｇ１２ ３ ７
文献标识码 ： Ｂ
文章编号：６ ２４ ５ （０ ６０．０ ３０ １７ ．８２２ ０ ）３０ ３．２
Ｃｒａｉｎｍｅ ｈ ｎｓ ｏ ｇ ｉｄｎ ｒｃ ｆ ｅ ｒ ｇｐ ｒｓａ ｄｐ ｅ ｅ ｔ ｅｍｏ ￥ ｒ ｅ ｔ ｃ ａ ｉｍ ｆ ｒ ｉｇｃａ ｋｏ ｂ ａｉ ａｔ ｎ ｒｖ ｎｉ ａｕ ｅ ｏ ｎ ｎ ｖ
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第２卷 ７
第３ 期
哈
尔
滨

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。

淬火工件磨削加工过程中，磨削部位容易产生浅、细长、肉眼几乎无法辨别的磨削裂纹，常见的磨削裂纹有三种形状：龟裂或网状裂纹、直线状和弧状。
磨削裂纹产生的原因是：
1、热处理
热处理过程中，淬火温度高，产生过热组织；回火不充分，存在较大的内应力和较多的残余奥氏体；渗碳件渗碳层中的网状碳化物析出严重等，造成工件在后续磨削过程中产生磨削裂纹。
3、如果已产生磨削裂纹，如果未超过加工余量，可进行多次低温回火，去除磨削应力，再按正确的磨削加工方法加工，磨去裂纹深度进行挽救。
2）正确选择砂轮结构和硬度级别，以获得自由磨削效应。
3）陶瓷和金属作粘结剂的砂轮，适用于磨削热较高的场合；树脂粘结砂轮，适用磨削热较小的场合。脆性较大的粘结剂，磨粒容易脱落，有利于使砂轮保持锐利状态。
4）SiC磨料磨削钢和铁基耐热合金时，产生强烈的化学磨损，刚玉类磨料磨削钢时无此反应。相反，刚玉类磨料磨削玻璃、硅酸盐类陶瓷涂层时，会产生强烈的化学反应，SiC磨料无此反应。
2、冷却
磨削过程中，工件表面瞬间温度高达820℃，冷却不充分时，磨削产生的热量会使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后在自身基体的激冷作用下，再次淬火为马氏体，表面层产生附加的组织应力，磨削是交替重复过程，累计的拉应力超过Байду номын сангаас件表面抗拉强度时，会产生龟裂或网状裂纹。
3、磨削过程中进刀量过大
磨削进刀量太大，温度剧烈升高，表层达到约300℃左右，则发生第二次收缩，产生第二种磨削裂纹；与磨削方向基本垂直的、有规则排列条状裂纹。如果局部严重磨削烧伤出现，则产生弧形裂纹。
4、磨料选择
砂轮磨料种类有刚玉、碳化硅、金刚石、氮化硼等，当选择的与工件不匹配时，会产生裂纹。
磨削裂纹的控制措施是：

引 言
高效率 高精度硬质合 金刀具是一种 以高性能硬质合金材料
１ ． ３ 砂轮原 因
整体硬质合金刀具磨刃过程 中， 砂轮 的线速 度和径 向进给量
砂轮硬度越高 、 粒度越细 、 磨损得越厉害 ， 都使磨削温度升 为基础的精密刀具 ，是钨材 料产业链 中技术 含量和 附加价值最 越 大， 高得很快， 则越容 易使硬质合金 刀具产生磨削裂纹及磨 削烧伤 。 高的产品之一， 也 是 支 持 先 进 加 工 制造 技术 发 展 的关 键 工 具 。因 砂轮修整 不合格 ， 工作表 面产生较大 的跳 动 ， 或者在 进行 为硬 质 合 金 刀 具 有 比较 大 的脆 性 ， 容易发生裂纹现象 ， 所 以 必 须 此 外 ， 刃磨时振动过于猛烈 ，那么硬质合金 刀具就很容易产生崩刃等 在刀刃磨削的过程 中注意控 制温度 ，并且选 择合适的砂轮 以及
金磨削表面 的瞬 时温度会 达到很高 ，在温度 的快速增长 下将 导 要求相对较高的加工场合很难进行运用 。使用晶须增韧补强技
致热变形 的产 生。此 外， 又 因为硬 质合金 的抗弯 强度 比较低 ， 有 术可 以对这个 问题进行有效 的解 决。在硬质合金刀具材料 中加 很大的刚性模量 ， 在正常温度 下根 本没有塑性 ， 无法通过 自身的 入晶须能对裂纹扩展 的能量进行 吸收，吸收能量的大小决定于 塑 性 变 形 来 消 除热 应 力 ， 因而 在 磨 削 热 的 作 用 下 ， 将 使 得 硬 质 合 晶须与基体的结合状 态 。晶须增韧补强技术 能全 面提高整体硬 金刀具的磨削表面产 生局 部热应力值高 于硬 质合金 自身 的强度 质合金刀具材料的硬度、 韧性等综合性能。 极限， 从 而 导 致 裂 纹 的产 生 。 ２ ． １ ． １ 晶须 的 选 用及 添加 方 式

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。

２．２ 热处理方面
淬火组织（马氏体）应力大，要充分减少和消除这种应力，淬火后应马上进行回火处理，温度与时间（或
次数）适当。
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
较试验得出。
２ 防止磨削裂纹的措施
２．１ 磨削方面
（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。
（２）选用硬度较软、粒度较粗的砂轮磨削，可降低磨削热，但如果粒度太粗时会影响工件的表面粗糙度。
（３）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）工件充分消除应力，工件必须自然冷却到常温才能进行磨削。如时间允许工件自然时效 １～２个
月，消除应力后再进行磨削。
（５）选用粒度较为锋利的砂轮，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，也是一种有效的减少磨削裂纹的途径。
高温回火（＜Ａｃ１）烧伤区呈暗黑色（黑斑、黑烧伤），二次淬火（＞Ａｃ１）烧伤区呈亮白色（白斑、“白烧伤”）。磁 粉探伤无法显示烧伤。
磨削裂纹较粗大时可用放大镜观察，细小裂纹采用磁粉或荧光探伤。有必要时，可用室温下的 ５％硝酸
酒精浸蚀数秒至 １ｍｉｎ。
对于热处理应力过大而引起磨削裂纹有争议时可采用 ６５～７０℃的 １∶１盐酸水溶液浸蚀 ５～１０ｍｉｎ比
櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊

[3]朱正德.工件磨削烧伤及其检测、评定方法简析[J].柴油机设计与
另外在使用砂轮时可以在砂轮圆周上开槽，使砂轮间断磨削， 制造,2013,19(2)：36-39.
工件受热时间短，金相组织来不及转变，同时又改善了散热条件，对 [4]刘高群,杨洪平.磨削烧伤研究[J].航空精密制造技,2011,47(2):54-
图 ４ 内冷却装置
１－ 锥形盖 ２－ 通道孔 ３－ 砂轮中心腔 ４－ 有径向小孔的薄璧套
表层聚集大量热量，从而形成
余应力呈现为拉应力态势，且幅值又较大，那就埋下了质量隐患。如
局部高温，以致使磨削区温度可达 ８００￣１０００℃甚至更高，从而在表 果磨削烧伤发生于在交变载荷工作环境下而且对表面质量有要求
防止烧Байду номын сангаас效果良好。
56.
２．３ 冷却条件
[5] 郭 长 永 . 磨 削 烧 伤 的 成 因 及 预 防 措 施 [J] 科 技 信 息 ,2011,19:513 -
采用切削液带走磨削区的热量可以避免烧伤。目前通用的冷却 513.
方法效果较差，由于高速旋转的砂轮表面上产生强大气流层，实际
作者简介：任青剑(1960-)，男,本科,陕西国防工业职业技术学院,
过相变温度 Ａｃ３（一般中碳钢为 ７２０℃），但超过马氏体的转变温度（一 径：一是尽可能减少磨削热的产生，二是改善冷却条件，尽量使产生
般中碳钢为 ３００℃），这时马氏体将转变为硬度较低的回火屈氏体或 的热量少传入工件。现将有关问题分述如下：
索氏体，这叫回火烧伤。（２）当工件表面层温度超过相变温度 Ａｃ３，如
对于硬度太高的砂轮，钝化砂粒不易脱落，容易产生烧伤，因此 [2]黄新春,张定华,姚倡锋,任敬心.超高强度钢 AerMetloo 磨削烧伤研

大型穿孔机减速机齿轮磨削裂纹分析与对策
张瑞飞 丁 军
（ 中冶 京诚 工程 技 术 有 限公 司轧 钢 工程 技 术 所 ， 京 １ ０ ７ 北 ０ １ ６）
摘要 ： 文章针对某工程穿孔机减速机 １Ｃ Ｎｉ ６ ７ ｒ Ｍｏ 渗碳 淬火齿轮在磨齿过程 中容易产生磨 削裂纹而报废的现 象，通过对其热处理过程中的组织变化和表层应力的消除方法，机加工过程中的磨削参数选择、砂轮的选 择 、磨 削液 的选择 等进行 分析 ，从磨 削过 程 中磨 削热 、磨 削力、齿 面应 力状 态及 磨 削之前 的渗碳 淬 火工序 方 面阐述裂纹产生的原因，并提 出从磨削工艺上降低磨削温度、从淬火处理上改善齿轮表 面应力状态等措施，
部分积存 于此 ，使齿面具有很高的温度 。对 于已淬火 齿轮，若磨削区温度超过 了相变温 度，再加上冷却液
３ ．网状碳化 物 ，碳化物 是脆性相 ，对磨削拉应 力敏感容易产 生磨削裂纹 。网状碳化物造成的磨削裂
纹为龟裂状。 可见 ，热处理渗碳淬火工艺是否合理及后继的回
的急冷作用，表层金属会 出现二次淬火马氏体组织 ， 硬度 比原来的回火马氏体高 ，并产生拉伸 残余应 力；
图 ２ 齿轮 的齿根 裂纹缺陷 图 ３ 齿轮 的齿根裂纹缺 陷 （ 中部 ） （ 端部 ）
（ 零件 的材料 问题 一） １ ．零件未 回火或回火不足 ，有大量淬火态 的马 氏体。淬火态 马氏体强度高，脆性大 ，对磨削拉应力 敏感，容易产生磨削裂纹 。
２ １ １ Ｏ中阉 新技 １ １ ０ １ ｌ 高 扣企 ０
如图 １ 某制造厂 生产 的穿孔机减速 机齿轮 ，在 为
安装 时发现 齿根 裂纹 问题 。齿轮 的模 数２ ，材料 为 ４
２ ．零件残余奥 氏体量较 大，在４ ％ ５ 以上 。残 余奥 氏体不稳 定，极 易转化 为淬火马 氏体 ，对磨削裂 纹的

唐削裂纹产生的原因
磨削裂纹的产生原因是复杂的。
磨 削加工工艺 及加 工方法不 当、
材料不佳、热处理工艺不合理和其 他一些外部因素都可能导致裂纹的 产生。 然而 ， 磨削热是产生磨削裂纹 的最基本原因。 在磨削过程中， 磨削 能量绝大部分转化成热量并传人被 磨削工件的表面。 如果冷却不当， 磨
磨床本身对加工的影响也很大， 精度低、加工性能不稳定、 液压导轨浮 油紊乱，出现运动爬行，使进给量不均匀等，导致磨裂。 不恰当的热处理规范和热处理后的组织缺陷也会直接导致磨削裂纹的产
生。 如钢件淬火后 回火不及时或 回火不充分时 ， 一方面使淬火马 氏体 内和 晶
发现原材料组织中有不均匀的碳化
物存在时 ， 一定要经过细化处理 ， 这
对避免产生磨削裂纹有良好的效果。
界上的淬火裂纹进一步扩大， 促使磨裂产生； 另一方面热处理应力没有消除 或大部分没有消除， 在此情况下脆性较大的淬火组织在磨削应力和热处理应 力的双重作用下， 就更容易产生裂纹。又如， 淬火钢件中的残余奥氏体较多 时， 将增大产生磨削裂纹的倾向性， 这是因为体积较小的残余奥氏体在磨削 时很容易诱发转变成体积增大了的马氏体组织 ， 由此产生的组织应力可能导 致磨削层产生裂纹。 金属材料的原始组织缺陷也是产生磨削裂纹的重要原因，ｔ Ｃ１ 钢中 ￣Ｇ ｒ ｌ ｌ ５ 若有不均匀的碳化物存在时， 工件在磨削过程中往往在碳化物聚集处产生裂 纹。如果钢中有明显的带状碳化物存在时，则会在带状碳化物处产生裂纹， 且沿带状偏析扩展。这是因为碳化物脆性大， 热膨胀系数比金属基体小， 在 磨削热的作用下，它必然阻碍金属基体膨胀； 冷却时，它又阻碍金属基体收
冷 却过程一样 ，必然产生热 应力和 组织 应 力。当应 力大干材料 的断裂

产 中未 发生 疲 劳断裂 失效 ， 为正 常磨损 失效 ， 均 凹模
收稿 日期 ： ０ 年 Ｂ ２ １ ０ 月
要求 对 内孔 内侧 面 的 电火 花 强 化应 达 到一 定 深 度
以延长凹模使用寿命。
平均寿命较未强化处理时提高了 １． 倍。 ０３
参 考文献
图 ５ 凹摸 内孔 电火花强化 部位
为充分满足降低磨削热的要求 ， 在选择冷却液 时应重点考虑下列 因素： ①系统供液压力 ： 高压泵的出 口压力不 能低于 ｌ ｋ ／ ｍ 机 床 进 液 压 力必 须 大 于 ４ ｇｅ ２ 否 则 磨 Ｏ ｇｅ ２ ｋ／ｍ ， 削时冷却液不能充分进 人磨 削区， 以避免 出现槽 难 尾烧伤和裂纹。另外 ， 必须正确安装喷液嘴 ， 使之对 准磨削 区。建议在每 台机床 的进液管处安装 压力 表 ， 时检查 、 整供 液压 力 。 随 调
１ 高殿奎 ， 山 狰挤压 凹模 失效 分析 ． 姜锝 物理测试 ， ９ （） １ １１ ９ ２ 钱苗根 ， 寿 山 ， 姚 张少 宗 ． 代表 面技 术 ． 械工 业 出版 现 机
社 ．９ ９ １９
采 用 Ｄ ｌ０ ｇ １Ａ型 电火 花 强化 机对 经 过 最 终 热 处
理的凹模 内孔刃 口部位进行局部强化 ， 所用电极 材 料为 Ｙ ８强化分两次进行 ， Ｇ， 工艺参数见表 ２ 。
生原 因
磨削烧 伤是 普通 磨 削 加 工 中经 常 出现 的问题 ，
工中应用广泛 。随着数控机床 、 加工 中心 、 自动生产 线等柔性加工设备的推广应用 ， 杆状刀具容屑槽 的 制造工艺已由原来 的轧制 、 铣抛 等发展到整体材料 热处 理后通过 强 力磨 削直 接成形 。杆 状 刀具 沟槽强 力磨削工艺通过不断完善和发展 ， 已成 为当今高速 钢刀具 制 造的 主流 工 艺 ， 我 国工 具 制造 行 业 也 广 在 泛应用。然而 ， 在刀具沟槽强力磨削过程中， 由于磨 削力大 ， 发热激 增 ， 易 造 成 刀 具槽 尾 磨 削烧 伤 、 容 槽 内隐性微 裂纹 等缺 陷 ， 不但影 响 刀具 外观质 量 ， 更重 要的是直接影响刀具 的内在质量和使 用寿命 ， 严重 时甚至在切削时发生断裂 ， 造成质量事故。因此 ， 研 究刀具 沟槽 强 力磨 削时 产生烧 伤 和裂 纹等缺 陷 的原 因并 提 出预 防措 施具 有 重 要意 义 。笔 者 通 过 考 察 、 借鉴 国外 的生 产情 况 ， 合多 年 的实 际生产 经验 ， 结 对 杆状 刀具磨 削烧伤 与裂 纹 的产 生原 因进 行 了探 讨 ， 并提出了应对措施 ， 希望对国内同行有所裨益。

轴承零件磨削烧伤和裂纹的鉴别、原因分析及预防一.概述轴承套圈在磨加工中，由于磨粒对工件的切削、刻划和摩擦作用，使金属表面产生塑性变形，由工件内部金属分子间相对位移产生内摩擦而发热；砂轮切削时，相对于工件的速度很高，与工件表面产生剧烈的外摩擦而发热，又因为每颗磨料的切削都是瞬间的，其热量生成也在瞬间，又不能及时传散，所以在磨削区域的瞬时温度较高，一般可达到500～1200℃，如果散热措施不好，很容易造成工件表面的烧伤，在工件的表层（一般有几十微米几百微米）出现变质层，破坏了工件表面的组织，甚至出现肉眼可见的严重的烧伤。

酸洗后烧伤呈黑色，这种烧伤产生的温度在回火温度以上到临界点Ac1之间，大约在200℃~740℃之间。

低于轴承钢的回火温度不会产生烧伤。

二次淬火烧伤又称“白烧伤”，冷酸洗后烧伤呈亮白色，这种烧伤产生的温度范围在钢的临界点Ac1以上。

磨削烧伤在金属表层会产生很大应力，因而在烧伤处有时会出现裂纹，这种裂纹成为磨削裂纹。

通常情况下，磨削裂纹非常细小，肉眼观察无法发现，必须采用专用仪器才能将其区分。

磨削烧伤对轴承寿命影响非常大，有数据表明，有烧伤的轴承工作寿命仅为几小时到几十小时，仅为设计寿命的10%左右。

所以鉴别烧伤和裂纹，并采取有效措施减少或避免磨削烧伤和裂纹就显得尤为重要。

1、磨削烧伤和磨削裂纹的几种鉴别方法1.1冷酸洗法鉴别磨削烧伤滚子磨削烧伤用冷酸洗法鉴别，见图1和图2。

由图1a)可见，滚子经冷酸洗后，外径有暗黑色宽带，这些宽带是由于工件在磨削时产生的高温回火烧伤，马氏体组织发生分解，析出碳化物，使金属表面不耐腐蚀。

图1b)是回火烧伤的金相图。

图2为滚子端面在磨削时产生的二次淬火烧伤（箭头所指的白亮区）。

这种烧伤温度已经超过钢的临界点Ac1，大约在800℃以上。

原来的马氏体组织被重新加热转变成奥氏体，随后快冷被淬火。

在白亮区边缘被黑色带包围，这层黑色区属于高温回火烧伤区。

a)滚子磨削高温回火烧伤b)套圈磨削高温烧伤组织图图1高温回火烧伤1.2用显组织和显微硬度鉴别磨削烧伤用显微组织鉴别磨削二次淬火烧伤见图3,。

度， 一般取 ≤１ － ２ ｍ ／ ｍｉ ｎ 。
图１
影响渗碳件磨 削裂 纹的因素一是 回火充分与否 ． 二是渗碳 金相组 织。 实验发现 ， 不 回火和 回火不充分的渗碳件出现磨削裂纹的几率 大 ． 同时发现 不回火件 在相 同磨削条件下 ． 磨 削时颜色变化 比回火充 分者 快 。因此 ， 回火 时装炉量要适 当， 确保气 流均匀流过工件 ， 并保证 回火 时间。 渗层 的金相组织为碳化物 、 马氏体及残余奥氏体 粗 大的马氏体 本 身有微 裂纹 ， 并且脆 性大 ． 易促进磨 削裂纹 的形成 残余 奥氏体因磨 削温度升高再冷 却时可能发生 马氏体转变 ． 增加 内应力 ． 也是促进磨 削裂纹的因素。 碳化物本身硬而脆 ． 导热性低 ． 磨削时易脱落 正常的 碳化 物级别对磨 削裂纹影 响不大 。防止磨 削裂纹要控制马 氏体级别 。 如果渗层 的马氏体 、 残余奥 氏体及碳化物 的金相级别符合有关行业标 准． 而且 回火充分 的话 ， 出现磨 削裂纹 的责 任不在热处理 而在磨削工 序 所 以一旦 出现磨削裂纹首先在磨削上找原 因
压ｆ ０ ． ８ — １ ． ２ Ｍ Ｐ ａ ） 来 向磨 削区供给磨 削液 ． 该方 法通过提供 高液压力 来
冲破砂轮表面 的气流层 ． 使更多 的磨削液进入磨 削区 ． 进而降低磨 削 区温度 ． 提高冷却效果 ： ③砂轮侧面磨削工件端 面时 ． 工件 和砂 轮是面 接触 ． 磨 削时产 生的热量 比较多 ． 不容易冷却 ． 这时往往容 易产 生磨 削 裂纹 ．这 时可采用上面两种供液方法之一的基础上改进喷 嘴结构 ． 使 磨 削液直接浇注磨 削面 ．同时改用 大功率水泵 ．确保 磨削液流量 为 ４ ０ — ４ ５ Ｌ ／ ｍ ｉ ｍ． 这样就可以有效 降低砂 轮侧面 和工件端面的磨削温度 （ ４ ） 砂轮 的选择 ： 在磨削渗碳淬火钢工件时 由于工件硬度高 ． 砂粒 易磨钝 ． 为了避免砂粒磨 钝而产生 的磨 削热 ． 粗磨 时选 韧性大的磨料 和结合剂 软的磨 具 ． 以便磨钝的砂粒及时脱落， 保持砂 轮的 自锐性 ， 同 时粒度要大 ． 可以容纳切屑． 避免砂轮堵塞 ： 精磨 时选择韧 性大的磨料 和结合剂硬的磨具 ． 同时粒度 要小 ． 保证工件加工精度 。 加工实践证明选择较粗粒度的砂 轮也可以减少裂纹产生 （ 但不能 超过 １ ０ ０度 ． 因为粒度越粗 ． 应力越 大） 。 选用粒度较为锋利 的砂轮 ． 如 Ｐ Ａ ３ ６ — ４ ６ Ｋ． 增加砂轮修 整的频率 ． 保持磨 具锋利 ． 并 及时清 除砂轮表 面积屑 严 防砂轮堵塞 以减 少磨削热 ： 砂 轮的 良好状态对 有效 减少磨

钛合金的磨削烧伤和磨削裂纹钛合金的磨削烧伤是指在磨削过程中，钛合金材料表面出现的局部熔融、汽化或化学反应等现象。

这些烧伤不仅影响工件表面的完整性，还会降低其疲劳强度和耐腐蚀性能。

磨削烧伤的主要原因是磨削参数选择不当，如磨削速度过快、磨削力过大等。

工件材料表面存在杂质、锈蚀或氧化层等也会导致烧伤。

为了预防钛合金的磨削烧伤，可以采取以下措施：优化磨削参数：根据钛合金的特性和加工要求，合理选择磨削速度、进给速度和磨削深度等参数，以降低磨削热和磨削力。

加强工件前处理：去除工件表面杂质、锈蚀或氧化层，确保表面清洁度。

使用合适的磨料：选用具有高硬度、高热稳定性和优良磨削性能的磨料，以保证磨削效果和工件表面质量。

冷却液使用：采用有效的冷却液，降低磨削温度和减轻工件热损伤。

钛合金的磨削裂纹是指磨削过程中产生的微观裂纹。

这些裂纹通常在材料表层以下扩展，对其疲劳强度和耐腐蚀性能产生不利影响。

磨削裂纹的主要原因是磨削应力超过材料承受能力，导致微观结构发生变化或产生残余应力。

工件材料硬度不均、存在内应力或刀具材质不合适等因素也可能导致磨削裂纹。

为了预防钛合金的磨削裂纹，可以采取以下措施：选用合适的刀具材质：针对钛合金的特性，选用具有高硬度、高热稳定性和优良耐磨性的刀具材质，以减少刀具磨损和避免工件表面粗糙。

降低磨削应力：优化磨削参数，采用低磨削速度、小进给量和浅磨削深度等措施，减少磨削应力和工件热损伤。

工件装夹优化：确保工件装夹牢固、稳定，以减少加工过程中的振动和变形。

冷却液使用：采用有效的冷却液，降低磨削温度和减轻工件热损伤，避免因局部高温而产生的微观结构变化和残余应力。

去应力处理：通过适当的热处理或振动消除工件内部的残余应力，提高工件的抗裂性能。

在实际案例中，钛合金的磨削烧伤和磨削裂纹可能同时存在。

例如，某航空制造企业采用数控磨床加工钛合金叶片时，就曾遇到这两种问题。

通过分析症状、表现及诊断方法，工程师们发现磨削烧伤主要原因是磨削参数选择不当，而磨削裂纹主要是因为刀具材质不合适。