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
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。
磨床磨削裂纹原因的分析与对策
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。
磨削裂纹产生原因及预防措施
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。
轴承零件磨削裂纹产生机理与防治措施
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
陶瓷材料磨削裂纹成因分析
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
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。
磨削裂纹产生的原因及措施
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：
浅析整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生及其工艺改进措施
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
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浅谈磨削裂纹的产生与防止
【摘要】淬火件尤其是渗碳淬火件磨削时常常出现磨削裂纹，它不但影响外观，还直接影响工件的质量。
通过长期的尝试与总结，本文将对磨削裂纹的产生及防止作出阐述，并对已出现的磨削裂纹提出行之有效的消除方法。
【关键词】淬火；磨削裂纹；预防措施
1.引言
磨削裂纹的形状很独特，一眼就可以看出，它与一般的淬火裂纹有明显不同，较轻的磨削裂纹呈垂直于磨削方向的平行线，称之为第一类裂纹。
较严重的磨削裂纹呈龟甲状，又叫龟裂或者第二类裂纹，其深度大致为0.05～0.2mm，当用酸腐蚀时，裂纹更明显可见，其另一个特点是，磨削时没有任何迹象，用磁力探伤也没有发现任何裂纹存在，它是在磨削过程结束以后才产生的。
2.正文
由于淬火钢的组织是马氏体+残余奥氏体，故处于膨胀状态（未经回火尤为严重），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，我们称之为第一次收缩，这种收缩只发生在表面，其基体仍处于原膨胀状态，从而使表面承受拉力而产生微裂纹，这就是第一类裂纹，当温度继续上升至约300℃时，表面再次产生收缩，从而产生第二类裂纹。
马氏体的膨胀收缩随着钢中含碳量的增加而增大，故碳素工具钢如t8～t12和渗碳淬火钢产生磨削裂纹尤为严重。
此外，淬火钢中
的残余奥氏体，因磨削热而马氏体化，而这种马氏体又集中于表面，从而加大了工件表面应力，由于继续对之进行磨削，故容易加速磨削裂纹的产生，这点应该注意。
再有，在磨床磨削时工件表面与砂轮接触，工件既受压力，又受拉力，使磨削表面上产生残余拉应力，这种应力也助长了磨削裂纹的产生。
3.防止措施
（1）热处理方面
从上面的分析可知，产生磨削裂纹的根源在于淬火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，应进行应力回火即淬火后应马上进行回火处理，为了防止第一类裂纹的产生，应在150℃～200℃左右回火，为了防止第二类磨削裂纹，则应在300℃左右回火，应该注意300℃的回火会使工件硬度下降。
回火时间必须在四小时以上，有时经一次回火后仍可能产生磨削裂纹，可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，建议在400℃以上回火，即调质处理，这时可不必担心出现磨削裂纹。
（2）磨削工艺方面
①磨削裂纹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，一般采用湿磨法。
但事实证明，无论如何注入冷却液都不可能同时进入磨削面，因而不能降低磨削热，习惯用的湿磨法，往往是出于安全感，便于强力磨削，但事实上却加大了磨削裂纹的
产生。
如果采用干磨，切削深度较浅（轻磨），可以减少磨削裂纹，这是因为磨削热较低而又无迅速冷却的缘故。
但应该指出，这种方法效果不十分明显，同时有粉灰飞扬，影响工作环境。
②为了降低磨削热，应选用粒度较粗、硬度较软的砂轮来磨削，如：gb36～46r2～r3a，但粒度太粗会影响工件得表面粗糙度，这点应注意。
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（轻磨），也可以在一台磨床上实现粗精磨，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至常温后才能进行磨削，如果时间允许的情况下工件最好让其自然时效一至二个月，消除应力后再进行磨削，这也会收到良好的效果。
4.消除措施
因为磨削裂纹深度大致为0.05～0.2mm，当磨削裂纹产生时，我们可以进行如下措施补救：
第一步：数控铣床（数控车床）对裂纹所在表面精加工去量0.2mm （外圆单边0.1mm）
第二步：磨床继续加工，轻磨见光，再经探伤确认裂纹是否彻底去除。
5.结论
通过应用以上方法，我车间在加工剪刃等淬火件时，较为明显的加少了淬火裂纹的产生，降低了企业损失，提高了磨削效率。