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磨削裂纹

磨削加工在广泛地被应用,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。

磨削裂纹的产生是磨削热和循环应力引起的,磨削时零件表面的温度可能高达820~840℃或更高产生微裂纹后,以及磨粒刮出的微裂纹,后续的循环应力将为裂纹扩展开来形成宏观裂纹。

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,以及磨粒刮出的微裂纹,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。后续的循环应力将为裂纹扩展开来形成宏观裂纹。残余奥氏体在磨粒的高速挤压摩擦热达到淬火温度冷却形成马氏体,由于周围是冷态的压应力,热态的马氏体被压缩,随后的高速冷却又将产生收缩,产生拉应力,此新生马氏体随即开裂。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。后续的循环应力将为裂纹扩展开来形成宏观裂纹。

磨削裂纹与一般淬火裂纹明显不同,磨削裂纹只发生在。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。

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