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轴类零件磨削裂纹的成因与特征

2009-4-14  来源:摩托车行情 阅读次数:14081
摩托车发动机上用的各种轴类零件如驱动轴、凸轮轴、曲轴、摇臂轴等在加工过程中需要热处理,但热处理后淬硬或经过渗碳淬火的轴类零件,在磨削过程中由于表面显微组织发生转变而形成大量的裂纹,即磨削裂纹。下面就磨削裂纹的形成及特征加以阐述。

一、磨削裂纹的产生

(一)磨削裂纹的生成

轴类零件在磨削过程中要产生大量的热量,这些热量只限于表面极薄的区域内,它足以使其表面温度达到800℃以上,而且升温极快。如果磨削时冷却不够充分,将导致表面层的显微组织重新奥氏体化,并再次淬火成为马氏体。因而使工件表面层产生极大的附加组织应力,同时由于表面温升极快,造成很大的热应力,当组织应力和热应力叠加超过了材料的强度极限时,被磨削的表面就会出现磨削裂纹。

(二)磨削裂纹形成的影响因素

1、组织结构

所谓组织结构方面的影响因素有碳化物的形态与分布,残余奥氏体的数量以及非金属夹杂物。

显微组织中碳化物的形态、分布影响着磨削裂纹的生成,如果碳化物数量较多,颗粒较大,分布不均或集聚存在时,将明显地分割金属的基体,降低其强度。尤其当以断续网状析出时,则会严重地削弱晶间结合力,明显地影响热传导,从而加剧磨削裂纹生成。如果碳化物细小、分布均匀,则有利于分散磨削应力,从而减少生成磨削裂纹的机率。

零件磨削时显微组织中的残余奥氏体因受磨削热的影响必将发生分解,逐渐转变为马氏体,引起工件表面体积膨胀,而导致组织应力的产生,进而促进裂纹的形成。因此,工件内部残余奥氏体量较高时,易于产生磨削裂纹。

2、热处理工艺

经过淬火而不进行回火的轴件,对磨削裂纹的形成是非常敏感的。因为磨削时产生的磨削热足以使表层淬火马氏体发生转变,碳化物析出,体积减少。造成了工件表面与内部的比容差,引起较大的内应力,进而形成裂纹。轴件有时回火不足,在磨削时也容易形成裂纹。由此可见,对淬火后的零件必须进行充分地回火。但是为了保证工件达到一定硬度的要求,回火温度不能任意提高。因此必须采用合适的磨削工艺,使工件表面受热的温度不超过回火温度。

3、磨削工艺

磨削工艺的影响是很复杂的,影响因素很多,它是使工件表面形成磨削裂纹的主要原因。一般进磨削热量越多,则容易形成裂纹。如果砂轮硬度、粒度选择不当,冷却不足、不均匀,也必然会促进裂纹的产生。

二、磨削裂纹的鉴别

(一)磨削裂纹的宏观形态

磨削裂纹存在于零件被磨削的表面上,有的呈分散条状,各条裂纹相互平行,且与磨削方向相垂直,有的呈网状或辐射状。若与磨削面成一定角度观察裂纹时,即有裂纹突出表面的感觉。如果垂直于磨削面取样观察,即可发现磨削裂纹一般很浅,大致在0.1mm~0.5mm之间,而且深度基本一致。从表面起由粗到细逐渐消失。

(二)磨削裂纹的显微组织

磨削裂纹在显微镜下观察,主要表现为穿晶而过,但也有沿着晶界延展的。

如果由于磨削过于剧烈引起表面裂纹,则可通过垂直于被磨削面的截面显微组织进行辨别。

1、表面回火

轴件表面产生回火区。在磨削过程中,表面局部受热,导致马氏体组织继续分解,转变为回火屈氏体。这种组织在酸浸蚀后易于显露,呈黑色。此种工件的显微组织由表及里分别为,回火屈氏体——回火屈氏体+回火马氏体——回火马氏体(正常组织)。

2、表面二次淬火

如果磨削过于剧烈,零件表面瞬时温度极高,致使工件表面在很薄区域内重新奥氏体化,再由于随后的快速冷却,则造成该表层重新淬火,通常成为二次淬火。这薄层的组织为淬火马氏体+残余奥氏体。酸浸蚀后呈白色,在白色的淬火层下面是黑色的回火屈氏体组织,所以这种零件的显微组织为,淬火马氏体+残余奥氏体——淬火马氏体+回火屈氏体——回火屈氏体+回火马氏体——回火马氏体(正常组织)。

以上是实际工作的一点经验,希望能给同行在今后工作中带来点帮助。(宋春华 汪晓文 王萍/文)


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