磨削裂紋

磨削加工在機械製造行業中廣泛地被套用，經熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現大量的較規則排列的裂紋--磨削裂紋，它不但影響零件的外觀，更重要的是還直接影響零件的質量。

一、磨削裂紋的產生機理
磨削裂紋的產生是磨削熱河循環應力引起的，磨削時零件表面的溫度可能高達820～840℃或更高產生微裂紋後，以及磨粒刮出的微裂紋，後續的循環應力將為裂紋擴展開來形成巨觀裂紋。
淬火鋼的組織是馬氏體和一定數量的殘餘奧氏體，處於膨脹狀態(未經回火處理尤為嚴重)。如果將其表面快速加熱至100℃左右並迅速冷卻時，必然將產生收縮，這是第一次收縮。這種收縮僅發生在表面，其基體仍處於膨脹狀態，從而使表面層承受拉應力而產生微裂紋，以及磨粒刮出的微裂紋，這是第一種裂紋。當溫度升至300℃時，表面再次產生收縮，從而產生第二種裂紋。後續的循環應力將為裂紋擴展開來形成巨觀裂紋。殘餘奧氏體在磨粒的高速擠壓摩擦熱達到淬火溫度冷卻形成馬氏體，由於周圍是冷態的壓應力，熱態的馬氏體被壓縮，隨後的高速冷卻又將產生收縮，產生拉應力，此新生馬氏體隨即開裂。馬氏體的膨脹收縮隨著鋼中含碳量的增加而增大，故碳素工具鋼和滲碳淬火鋼產生磨削裂紋尤為嚴重。
淬火鋼中的殘餘奧氏體，在磨削時受磨削熱的影響即發生分解，逐漸轉變為馬氏體，這種新生的馬氏體集中於表面，引起零件局部體積膨脹，加大了零件表面應力，導致磨削應力集中，繼續磨削則容易加速磨削裂紋的產生；此外，新生的馬氏體脆性較大，磨削也容易加速磨削裂紋的產生。另一方面，在磨床上磨削工件時，對工件既是壓力，又是拉力，助長了磨削裂紋的形成。如果在磨削時冷卻不充分，則由於磨削而產生的熱量，足以使磨削表面薄層重新奧氏體化，隨後再次淬火成為淬火馬氏體。因而使表面層產生附加的組織應力，再加上磨削所形成的熱量使零件表面的溫度升高極快，這種組織應力和熱應力的迭加就可能導致磨削表面出現磨削裂紋。後續的循環應力將為裂紋擴展開來形成巨觀裂紋。
二、磨削裂紋的特徵
磨削裂紋與一般淬火裂紋明顯不同，磨削裂紋只發生在磨削麵上，深度較淺，且深度基本一致。較輕的磨削裂紋垂直於或接近垂直於磨削方向的平行線，且規則排列的條狀裂紋，這是第一種裂紋。較嚴重的裂紋顯龜甲狀(封閉網絡狀)，其深度大致為0.03-0.15mm。用酸腐蝕，裂紋明顯易見。這是第二種裂紋。
三、磨削裂紋的防止措施
磨削工藝方面
(1)磨削裂紋的產生是因為磨削熱所致，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關鍵。一般所採用的濕磨法，無論如何注入切削液，切削液都不可能在磨削的同時進入磨削麵，因而無法降低磨削點位置的磨削熱。切削液只能是使砂輪和零件的磨削點在磨削走過後瞬時受到冷卻，同時切削液對零件的磨削點起淬火作用，因而事實上加大了磨削裂紋的產生。如果採用乾磨法，背吃刀量選擇較淺的磨法，可減少磨削裂紋。但是這種方法效果不是很顯著，而且灰塵飛揚，影響工作環境，不宜採用。
(2)選用硬度較軟、粒度較粗的砂輪來磨削，可以降低磨削熱。但如果粒度太粗時會影響工件的表面粗糙度。對於表面粗糙度質量要求高的工件，不能採用此法，因而受到一定的限制。(3)分粗精磨，即粗磨選用粒度較粗的軟砂輪磨削，便於強力磨削，提高效率，然後再用粒度細的砂輪進行精磨(背吃刀量較淺)。分開兩台磨床進行粗磨和精磨，這是一種比較理想的方法。
(4)剛出爐的工件，必須待工件自然冷卻後(冷卻到常溫)才能進行磨削。如果在時間允許的情況下，最好讓工件自然時效1～2個月，消除應力後再進行磨削，這也會收到很好的效果。
(5)選用粒度較為鋒利的砂輪，PA36～46K，及時清除砂輪表面積屑，減少背吃刀量，增加走刀(磨削)次數，減小工作檯速度，取<=1～2m/min，也是一種有效的減少磨削裂紋的途徑。
熱處理方面
從以上分析知道，產生磨削裂紋的根本原因在於淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態，有應力存在，要減少和消除這種應力，應進行去應力回火即淬火後應馬上進行回火處理。
第一種磨削裂紋是工件在快速加熱至100℃左右，並迅速冷卻而產生的。所以，為防止這第一種磨削裂紋，工件應在150～200℃左右回火。第二種磨削裂紋是工件在磨削中繼續升溫至300℃時，表面再次產生收縮而產生的。所以，為防止這第二種磨削裂紋，則應將工件在300℃左右回火。回火時間必須在4h以上，應該注意工件在300℃回火時會使工件硬度下降，有時不宜採用。
有時經過一次回火後仍可能產生磨削裂紋，這時可以進行二次回火或人工時效，這個方法非常有效。
如果零件硬度要求不高，而零件外觀表面要求較高時，可以將回火溫度提高到400℃以上回火，即調質處理，這時零件表面不會再出現磨削裂紋現象。
在零件材質方面
當零件硬度要求較高而不能在300℃以上回火時，便要在零件材質上想辦法。在前面分析中我們知道，馬氏體的膨脹收縮率隨著鋼中含碳量的增加而增大，故碳素工具鋼(T8以上)和滲碳淬火鋼產生磨削裂紋尤為嚴重。所以，當零件硬度和表面外觀質量均要求較高時，便不能選用碳素工具鋼和滲碳淬火鋼，而應選用諸如lCrl3、16Mn等鋼種。對於零件表面外觀質量要求較高，而零件又是急件時，在時間上不允許自然時效l～2個月(出爐後的零件)；或者因磨削工藝方面受到限制：如使用砂輪方面受到限制、磨床數量少，零件磨削工作量大等因素而無法分開磨床來粗精磨；或者由於車間工人環境清潔優美，也不便於採用乾磨法等。這時只能在零件材質上考慮，只能選用含碳量低的lCrl3、40Cr等鋼種，而不可能選用T8以上的碳素工具鋼或滲碳淬火鋼。
總之，只要在磨削工藝方面、零件熱處理方面和零件材質方面綜合考慮，我們便可以有效地防止磨削裂紋的產生。