机械加工零件表面烧伤的金相检验

齿轮零件磨削烧伤的危害、检测和预防作者：许红平鲁建锋吴伟明徐嘉军来源：《专用汽车》 2019年第1期齿轮类零件作为机构中的重要零部件，在渗碳淬火后往往要进行磨削加工。

在磨削加工工艺中，砂轮与零件的接触区会因摩擦产生大量热量，而大部分热量会通过传导进入零件浅表层，容易导致表层金相组织的变化。

若磨削参数设置和砂轮选择不当，在加工的过程中，会引起表层金相组织改变，并出现较大的残余应力，形成“磨削烧伤”。

零件磨削烧伤会使零件表层的耐磨性、耐腐蚀性和接触疲劳强度降低，使用寿命大大降低，严重的情况下会出现裂纹，从而引发质量问题。

本文通过研究淬火类齿轮的磨削烧伤现象，总结和分析了磨削烧伤的种类和危害，提出了针对不同种类烧伤的不同检测方法，并在此基础上探讨了磨削烧伤的预防措施。

1．磨削烧伤的种类齿轮零件磨削加工的过程中，接触区域的瞬时高温(可达looooc)使得零件表面的金相组织产生局部变化。

根据磨削烧伤表面组织结构的不同，可以将磨削烧伤分成两类。

1.1回火烧伤当磨削接触区表面层温度显著超过马氏体转变温度，而低于相变临界温度Acl的时候，零件表面马氏体产生回火，转变成硬度较低的索氏体和屈氏体，这种烧伤称为“回火烧伤”，如图l(a)所示。

此时该表面的硬度一般为HRC51～57。

1.2二次淬火烧伤淬火钢的马氏体组织在7500C～8000C以上的磨削高温下转变成奥氏体。

如果冷却速度较低，则会重新变为马氏体，零件表层比原淬火硬度稍有提高，一般在HRC63左右。

但此变质层性能稳定性较差，脆性较高，二次淬火烧伤区域周围通常伴有一圈严重的回火层，如图1(b)所示。

2．磨削烧伤和磨削裂纹磨削烧伤的变质层内存在较大的残余应力，当残余应力超过材料的极限强度时，容易导致裂纹的出现。

磨削烧伤不一定伴随磨削裂纹出现，但是磨削裂纹通常都伴随磨削烧伤产生。

磨削裂纹的方向一般与砂轮的轴向进给方向垂直，如图2(a)所示。

齿面存在裂纹后，润滑油会侵入裂纹。

磨削烧伤的检测方法可能形成网状裂纹，它会导致齿面剥落．这当然是绝对不允许的。

用硬度测试法鉴别磨削烧伤的方法，并用超声波硬度计进行了实验，证明该方法简单易行，可以广泛应用于磨削加工中。

磨削烧伤及其常用检查方法在机械类产品中，很多重要零部件如轴承、齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销和万向节等，在热处理之后均需经过磨削加工。

相比之下，磨削时单位切削面积上的功率消耗远远超过其它加工方法，所转化热量的大部分会进入工件表面，因此容易引起加工面金相组织的变化。

在工艺参数、冷却方法和磨料状态选择不当的情况下，工件在磨削过程中极易出现相当深的金相组织变化层（即回火层），并伴随出现很大的表面残余应力，甚至导致出现裂纹，这就是所谓的磨削烧伤问题。

零部件的表面层烧伤将使产品性能和寿命大幅度地下降，甚至根本不能使用，造成严重的质量问题。

为此，生产企业一方面通过执行正确、科学的工艺规范，减轻和避免出现磨削烧伤现象；另一方面，加强对零部件的检验，及时发现不合格工件，并判断正在进行的磨削工艺状况。

但长期以来，对工件表面磨削烧伤的检验，除了最简单的目测法外，就是采用已延续多年的传统方法——酸洗法，即在被检零部件表面涂上酸液或将其浸入盛有按规定配制的酸液槽中。

之后（或在把工件取出后）根据表面呈现的不同颜色，对磨削烧伤的程度作出相应的判断。

一般地说，若色泽没有变化，就表明情况正常；而当颜色变成灰色，则说明已有烧伤情况存在，随着色泽变得越来越深，表示工件表面因温度更高，引起的磨削烧伤更为严重。

酸洗法具体如下：This is only a suggestion from my collegue ( Dino Calvanelli ) to find theburns on the gears此为有关过烧检测的建议:Clean each sample (part) to be inspected (free ofdirt,oil,grease,fingermarks,protective coatings,etc.).清洗产品，确保无灰尘、油污、手印、表面覆盖物等。

磨削烧伤的检测方法可能形成网状裂纹，它会导致齿面剥落．这当然是绝对不允许的。

用硬度测试法鉴别磨削烧伤的方法，并用超声波硬度计进行了实验，证明该方法简单易行，可以广泛应用于磨削加工中。

磨削烧伤及其常用检查方法在机械类产品中，很多重要零部件如轴承、齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销和万向节等，在热处理之后均需经过磨削加工。

相比之下，磨削时单位切削面积上的功率消耗远远超过其它加工方法，所转化热量的大部分会进入工件表面，因此容易引起加工面金相组织的变化。

在工艺参数、冷却方法和磨料状态选择不当的情况下，工件在磨削过程中极易出现相当深的金相组织变化层（即回火层），并伴随出现很大的表面残余应力，甚至导致出现裂纹，这就是所谓的磨削烧伤问题。

零部件的表面层烧伤将使产品性能和寿命大幅度地下降，甚至根本不能使用，造成严重的质量问题。

为此，生产企业一方面通过执行正确、科学的工艺规范，减轻和避免出现磨削烧伤现象；另一方面，加强对零部件的检验，及时发现不合格工件，并判断正在进行的磨削工艺状况。

但长期以来，对工件表面磨削烧伤的检验，除了最简单的目测法外，就是采用已延续多年的传统方法——酸洗法，即在被检零部件表面涂上酸液或将其浸入盛有按规定配制的酸液槽中。

之后（或在把工件取出后）根据表面呈现的不同颜色，对磨削烧伤的程度作出相应的判断。

一般地说，若色泽没有变化，就表明情况正常；而当颜色变成灰色，则说明已有烧伤情况存在，随着色泽变得越来越深，表示工件表面因温度更高，引起的磨削烧伤更为严重。

酸洗法具体如下：This is only a suggestion from my collegue ( Dino Calvanelli ) to find theburns on the gears此为有关过烧检测的建议:Clean each sample (part) to be inspected (free ofdirt,oil,grease,fingermarks,protective coatings,etc.).清洗产品，确保无灰尘、油污、手印、表面覆盖物等。

平面磨床烧伤实验一、实验目的1、掌握什么是磨削烧伤。

2、掌握产生磨削烧伤的机理及影响因素。

3、学会预防烧伤的有效措施和方法。

4、利用KP-36平面磨床等设备演示磨削烧伤、检测及预防改进措施。

二、实验设备和仪器实验设备及仪器如表1所示。

三、实验原理和实验方法（一）实验原理机械加工表面质量指标主要包含表面粗糙度、表面层的物理力学性能变化（冷作硬化、金相组织变化和残余应力等）。

本实验主要展示磨削烧伤对表面质量（主要是表面层硬度和金相组织变化）的影响。

磨削工件时，在高的磨削温度作用下，会使工件表层的金相组织产生变化，表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，而使工件表面质量恶化的现象叫做磨削烧伤。

如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，止推面表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使表层金属出现二次淬火马氏体组织，其硬度比原来的回火马氏体的高，在它的下层，因冷却较慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为淬火烧伤；如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削区域又无冷却液进入，表层金属将产生退火组织，表面硬度将急剧下降，这种烧伤称为退火烧伤。

磨削烧伤与磨削热、磨削温度有着密切的关系，所以，一切影响温度的因素，都在一定程度上对烧伤有影响，主要包括磨削用量，被加工材料，砂轮材料和砂轮修正方式和磨削液等。

对于磨削用量，增大背吃刀量会显著地增大表面层的热损伤程度；提高砂轮速度虽然提高生产效率但会增加表面层的热损伤；提高工件的进给速度会减少热损伤。

对于被加工材料，传热性能比较差的材料在磨削时易产生烧伤，如耐热钢、轴承钢等。

对于砂轮材料和砂轮修磨方式，硬砂轮材料自锐性不好，使磨削力增大、温度升高，容易产生烧伤。

且如果砂轮修磨速度比较慢，则砂轮粒度较细，单位时间与工件接触的磨削刃多，摩擦力大，磨削温度高，容易产生烧伤。

磨削烧伤、磨削裂纹及控制措施1、磨削烧伤磨削工件时，当工件表面层温度达到或超过金属材料的相变温度时，表层金属材料的金相组织将发生变化，表层显微硬度也相应变化，并伴随有残余应力产生，甚至消失微裂纹，同时消失彩色氧化膜，这种现象称磨削烧伤。

2、磨削裂纹一般状况下磨削表面多呈残余拉应力，磨削淬火钢、渗碳钢及硬质合金工件时，经常在垂直于磨削的方向上产生微小龟裂，严峻时进展成龟壳状微裂纹，有的裂纹不在工件外表面，而是在表面层下用肉眼根本无法发觉。

裂纹的方向常与磨削方向垂直或呈网状，并且与烧伤同时消失。

其危害是降低零件的疲惫强度，甚至消失早期低应力断裂。

3、磨削烧伤、磨削裂纹的掌握措施（1）正确选择砂轮为避开产生烧伤，应选择较软的砂轮。

选择具有肯定弹性的结合剂（如橡胶结合剂，树脂结合剂），也有助于避开烧伤现象的产生。

（2）合理选择磨削用量从减轻烧伤而同时又尽可能地保持较高的生产率考虑，在选择磨削用量时，应选用较大的工件速度vw和较小的磨削深度ap 。

（3）改善冷却条件① 采纳高压大流量法此法不但可以增加冷却作用，而且也增加了对砂轮的冲洗作用，使砂轮不易堵塞。

② 安装带空气挡板的喷嘴此法可以减轻高速回转砂轮表面处的高压附着气流作用，使磨削液能顺当喷注到磨削区。

③ 采纳磨削液雾化法或内冷却法采纳特地装置将磨削液雾化，使其带走大量磨削热，增加冷却效果；也可采纳内冷却砂轮，其工作原理如图所示。

经过严格过滤的磨削液由锥形套1经空心主轴法兰套2引入砂轮的中心腔3内，由于离心力的作用，磨削液经由砂轮内部有径向小孔的薄壁套4的孔隙甩出，直接浇注到磨削区。

图内冷却砂轮结构1－锥形盖2－主轴法兰套3－砂轮中心腔4－薄壁套。

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,。

工件磨削烧伤及其检测、评定方法简析朱正德【摘要】阐述了磨削烧伤的成因与危害,并在对相应检测手段进行描述后指出,作为影响产品质量的一项重要因素,现有测试方法已难以满足准确、快速检测的要求.介绍了一种新颖、高效、实用的“磁弹法”的工作原理,以及在此基础上研制的专用仪器,尤其叙述了借助磁弹法检测工件磨削烧伤时的评定指标和仪器的特征值定标.最后还就诸多工艺因素对磨削烧伤的影响做了相关分析.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2013(019)002【总页数】4页(P36-39)【关键词】磨削烧伤;检测手段;磁弹法;特征值mp和定标【作者】朱正德【作者单位】大众动力总成(上海)有限公司,上海201807【正文语种】中文近期在汽车行业内进行的一次调研表明，多数企业虽然对磨削烧伤这一工艺现象的成因及其可能引起产品质量的影响有所了解，但总体来讲，无论在认识上还是在检测、评定等具体事宜的处理上都大有需要改进、完善、提升的必要。

不同于其他方式的切削加工，磨削广泛应用于零件的精密加工。

由于被磨削金属层较薄，产生的切屑也少，加之砂轮的导热性差，因此仅有不到10%的热量可以被切屑带走，而大约60%～90%的热量会传入工件。

这样就在很短的时间内在磨削表层聚集大量热量，从而形成局部高温，以致磨削区区域温度可达800～1 000℃甚至更高，从而在表面形成极大的温度梯度。

在磨削热量、磨削力二者的综合作用下，引起了零件表层的金相组织变化，并产生残余应力，而这就是所谓磨削烧伤的成因。

铁磁性材料的工件一般在磨削加工前都需经历热处理这道工序，借助在工件表面形成马氏体组织，将能够提供足够的硬度。

而磨削区的高温和很大的温度梯度会使金相组织发生变化，主要是因为只要当温度一旦超过马氏体转变的温度，就会产生回火或退火现象引起金相组织转变，而这会直接导致工件表面硬度不同程度的下降。

另一方面，磨削过程中工件表面温度的急剧上升，以及之后开始的冷却直至最后冷却，会引起零件表层的热胀冷缩，造成自工件表面至内部的各层产生各异的残余应力。