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圆刀片的磨削裂纹

高碳高铬钢圆刀片淬火后残余奥氏体较多,使圆刀片材料的热导率(导热系数)进一步降低,由于磨削加工时砂轮的强烈摩擦,加工面上累蓄的热量不容易逸散,使金属产生弹性变形和塑性变形,磨削停止后,圆刀片表层受平行于磨削轨迹的拉应力作用;同时,由于切削液的急冷作用,使金属表面产生残余拉应力。在上述温度的陡升陡降作用下,表层金属被高温回火,体积收缩。而最表层温度到达50°以上时,在磨削切削液急冷下,还会出现二次淬火层,使表面产生组织应力。高铬钢一般只在低温回火,甚至有时低温回火工艺也执行得不好,因此,工件淬火内应力未能得到消除。材料中的共晶碳化物呈网状或带状堆集,块度大而且有锋利的尖角,容易形成应力集中区。在以上种种因素配合不当的情况F.即会产生磨削裂纹,甚至发展成宏观裂纹。

出现磨削裂纹的磨削面上一般都有氧化色,从焦黄到蓝色,但也可能被磨削加工操作者最后轻轻磨掉。磨削圆刀片裂纹有时呈网络状,有时呈辐射状或平行条纹。裂纹一般开口较细,深度较浅,为0.1~0.5 mm,肉眼一般不易发现。但也有开口较大、深度在Imm以上的磨削裂纹,甚至有时呈片状剥落,一般只在工件内应力特别高时才出现。图4 - 84是电机转子硅钢片冲模,尺寸为240mm×16mm,材料为Cr12钢,热处理工艺为990℃加热奥氏体化,2000C硝盐分级5nun,油冷,没有回火。操作人员认为分级冷却可以代替回火,致使淬火组织没有得到回火,工件淬火内应力未得到任何松弛,磨削时在整个磨削加工面上出现细密的网纹。这类磨削裂纹的产生原因主要是热处理工艺不当。

更多的磨削裂纹的产生是由于磨削工艺不当。此时,将磨削面轻抛后侵蚀,可以看到黑白相间的条带。图4 - 85是Cr12钢  硅钢片冲模的磨削裂纹和二次淬火烧伤区的分布图。图4 - 86是Cr12钢硅钢片模表面另一视场的二次淬火烧伤区和回火烧伤区的放大图。白条带是二次淬火烧伤带,该区瞬息积累的磨削热已使该地区金属材料温度升高到Ac.以上,然后在切削液急冷下被二次淬火;黑色地区是回火烧伤带,该地区磨削时的瞬时温升低于Ac,,使原淬火低温回火的组织被高温回火。磨削裂纹垂直于砂轮前进方向。图4 - 85中的白色条带比图4- 86中的白带宽10余倍,说明该处的表面磨削更加剧烈。垂直于磨削面取样观察时,可以看到表面有二次淬火白层和被高温回火的次层,与前面轴承钢的磨削裂纹很相似,磨削裂纹垂直于表面,一般终止于回火层内。如果工件内应力较大,裂纹也可再向内伸展。

圆刀片磨削加工时,所用的砂轮太钝、粒度过细、硬度偏高、进给量太大、冷却不良等,是磨削裂纹产生的外在条件。改善磨削加工工艺,可以有效地防止磨削裂纹的产生。例如,加强冷却条件,选用中软砂轮和稍粗的粒度,粗磨时进给量控制在0. 02~0. 04mm,精磨时控制在0.005~0.01mm,另外,工件要充分回火,例如图4 -85的硅钢片冲模再经一次回火后,磨削裂纹就不再出现。因此,建议Cr12钢系列各钢种采用两次回火为好。如能提高回火温度而不影响使用性能,则尽可能提高到400℃回火。深冷处理可以有效地降低残余奥氏体量,提高工件的导热性能,大幅度地降低磨削裂纹产生的几率,甚至不再出现磨削裂纹(当磨削加工工艺合理时)。

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