磨削烧伤

longgulei

如何判断渗碳齿轮磨齿 后的磨削烧伤的原因，就是到底是热处理的原因还是磨齿的原因（磨削量、冷却、砂轮、冷却等）

- g+ x0 B& R0 a$ |# g齿轮材料为18CrNiMo7，渗碳淬火，齿面硬度HRC59~62，渗碳层0.9～1.3mm，磨齿的时候用的是成形磨齿机

jlzho

一、磨削烧伤，是指由于磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化，并在工件表面的某些部分出现氧化变色的现象。磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，烧伤严重时还会出现裂纹。
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! Q! H# N5 y7 ], x淬火钢零件的磨削烧伤主要有良种形式：

1 l# O4 R7 B+ N/ s8 J3 E2 s1、回火烧伤，指当磨削区温度显著地超过钢的回火温度但仍低于相变温度时，工件表层出现回火屈氏体或回火索氏体软化组织的情况。

5 E7 k! R3 a. d: H+ f$ f2、淬火烧伤，当磨削区温度超过相变温度Ac1时，工件表层局部区域就会变成奥氏体，随后受到冷却液及工件自身导热的急速冷却作用而在表面极薄层内出现二次淬火马氏体，次表层为硬度大为降低的回火索氏体，这就是二次淬火烧伤。
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判别磨削烧伤的方法主要有：

1、)观色法，随着磨削区温度的升高，工件表面氧化膜的厚度就不同，因而会呈现出黄、草黄、褐、紫等不同的“回火色”。但表面没有烧伤色并不意味着表层没有烧伤。此判别法准确性较低。

2、酸洗法，利用钢件不同的金相组织对酸腐蚀有不同的敏感性，以轴承钢为例，正常回火马氏体酸洗后呈灰色，发生二次淬火烧伤时酸洗后呈白色。生产中常用此法作抽检。

1 V! B: U2 M8 |# {4 x- U$ _3、金相组织法，通过观察表层金相组织的变化来判别烧伤类别。此判别法准确度高。

4、显微硬度法，工件表层金相组织变化必然导致其显微硬度的变化，因此，观察其硬度变化，可判断烧伤类别及测定变质层深度。缺点是需要制作试件。
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+ o* O1 y2 ^( |1 t4 R7 B- O$ {9 S7 @二、磨削裂纹，在磨削渗碳钢、工具钢、淬火高碳钢、硬质合金等工件时，容易在表层出现细微的裂纹。磨削裂纹一般很浅(0.03~0.05mm)，严重时可达0.25~0.5mm，其延伸方向大体与磨削速度方向垂直或呈网状分布。
0 o  X. i8 g, T) a' D1 f磨削裂纹的产生与磨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；裂纹通常与烧伤相伴而生。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。
磨削裂纹通常用荧光物质法、铁粉法及稀硝酸腐蚀法进行检查。
三、消减磨削烧伤与裂纹的工艺途径
5 f7 ~; T2 s0 w% w" b( M1、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；砂轮磨损后应及时修整。
2、改善磨削时的冷却条件，如采用内冷却方法；设法使冷却液渗透到磨削区中。
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。

longgulei

谢谢2楼，不过不是我要的答案，我说的是如果一个渗碳齿轮如果产生磨削烧伤了，如何准确的鉴别是热处理的原因还是磨齿时各种参数选择不当造成的，因为硬度过高也是磨削烧伤的一个原因

dugufeng5015

2楼分析得不错，我们也是搞磨齿加工的，经常碰到这样的问题和客户发生扯皮的事情，搞不清楚是热处理裂纹还是磨齿的烧伤裂纹！！收下了~

longgulei

谢谢2楼热心的朋友，不过没有找到自己想要的答案，估计真正仔细研究这东西的人不多
5 \; |; s9 v7 _( g# ~, d) H) J
如果没有更加深入的讨论就请版主锁贴吧，谢谢了

pepsl211

楼主说的成形磨是NILES的吗?还是HOFLER的?你说的情况我可以帮你解决下这个问题.你先把你的机床型号.砂轮.进刀量和粗精砂轮的转速情况说下,还有一般有多少齿宽,多少模数的齿,包括你的每次操砂轮的量是多少,还有你用的多少号的冷却油?这些因素都和磨削裂纹有关,我们要排除这些因素,才能考虑热处理的问题.你先把我以上说的情况说下,我帮你分析下.我会关注你的问题的,直至解决!

pepsl211

很可惜!,可能他看不到了!!!

xgm2t

受教
" Z3 _' a: ~) Z. B7 h8 [受教

世波

很多原因的吧，砂轮的粗细包括黏合剂什么的，冷却液的黏度，冷却油管的角度啥的。一 下子还真说不完啊。呵呵

pepsl211

砂轮是也有关系,在成型磨上的砂轮是讲的气孔,我们用的大气孔砂轮,60粒的.

jhy02122298

如果是磨削烧伤，砂轮出问题的可能性很大，或者是冷却油量不足。

wiminc

这个要看了，有很多因素的阿。在常规情况不变的情况下，如果还有烧伤，那可能是热处理的问题，要用排除法，磨削是个系统的过程。分析起来不容易的。可以用FIS分析

rui411

楼主提出的问题也是我在工作中经常遇到的,综合各方面因素齿面裂纹的产生因果有多项涉及,由于我是齿轮加工人员故在这里我只对磨削加工产生裂纹的原因加以探讨.磨削裂纹的表现:齿面有黑色\深棕色\深褐色磨削烧伤印记,裂纹为水平方向扩展,细密而非一条或少条.磨削裂纹成因:最主要因素为加工参数设定不合理,包括了砂轮转数\进给量\磨削深度\机床QW值设定\冷却油量等几个方面. 有时候热处理不过关会导致齿面应力累计,这种情况时没磨齿什么都不会发生,但只要一磨马上就会裂,而且裂出来50%是磨削裂纹表现,真的是能让你有理说不清.只好自认倒霉.(坚决鄙视,外加诅咒热处理的家伙不得好死)

QC3670671

磨削裂纹的真正原因是热处理还是磨削，我认为：主要是热处理和材料，但通过磨削表现出来，也可以通过磨削参数的改变来改善磨削裂纹发生。材料在于材料的组织均匀性和加工应力；热处理主要在于热应力及热变形状态。

yxw588

前段时间看过一篇文章,估计对楼主有点用.

2　裂纹产生的原因及防止其产生的有效措施
2.1　裂纹产生的原因
  H( f0 g; z) r2 {- k(1)齿轮热处理的质量是造成磨裂的内在因素
磨削裂纹产生的根本原因是磨削热。齿轮在渗碳过程中,其渗层组织中容易形成网状碳化物或过多的游离碳化物。由于各物质硬度都极高,在磨削过程中,砂轮和齿面接触的瞬间,磨削区的温度很高,可能出现局部过热倾向和发生表面
+ s0 a0 ?  [4 ~7 Z3 T; t/ F7 Y回火,使金相组织发生变化。
根据俄罗斯学者试验,当砂轮速度v=18mPs,磨削深度t=0.05mm时,磨削区的温度达900～1100℃,所以渗碳淬硬的齿面在磨削时,表面一薄层内的回火马氏体组织变成了较高温度(300℃以上)回火组织。马氏体析出碳化物,残留奥氏体进一步分解为回火马氏体或回火屈氏体,在随后的冷却过程中不再发生组织变化。此时比容减少,硬度下降,并在表面形成了拉应力。在回火层中,由于磨削温度较高(800℃以上),已经回火,马氏体组织被加热到临界温度以上,在随后的冷却过程中产生了淬火组织,此时比容增大,产生了压应力。
# m; ]+ ?1 a* Z在回火层以下,受磨削热的影响较少(200～300℃),所以只发生残留奥氏体的转变,产生未回火的马氏体,这一转变比容增大。磨削时,钢中残留奥氏体在200～300℃温度下,组织转变为二次淬火组织,体积膨胀,形成较大的内应力。
总之在磨削时,工件内部产生的热应力和相变压力,再加上砂轮磨削工件时所造成的撕裂应力,这三者合成的最大应力和齿长的方向一致,由于这个力的作用,在齿轮上形成了与这个合应力相反的内应力,如果渗碳层的强度和金属的组织应力能抵抗磨削时产生的合应力,则不会产生裂纹,反之,齿轮材料在磨削过程中将遭到破坏,而产生垂直于合应力方向的裂纹,出现了磨裂。
(2)磨削加工产生的热应力是造成磨裂的外在因素
! t8 Z0 s  i/ k, h5 E磨削加工过程中,砂轮与工件间将产生热应力与机械应力,齿轮磨削也不例外。产生应力的大小,即是构成了磨裂与否的外界条件,这些都取决于磨削条件,如砂轮硬度、粒度、磨料种类、磨削速度、冷却液、吃刀深度、走刀量、砂轮每分钟往复次数及砂轮的修整等。这些条件的综合作用,产生一定的应力,就构成了磨裂的外因。
- O5 z  \7 Z5 k$ x2.2　防止产生磨削裂纹的工艺措施
- f  u. f0 u0 X2.2.1　从组织结构的角度分析

8 F& _  C; m$ c$ n- s  g6 j(1)控制齿轮表面碳浓度
所生产的齿轮是在井式炉中渗碳,碳粉控制不是太好,齿轮表面含碳量往往偏高有时会达到1.2%～1.3%。含碳量高相应组织中便形成网状或尖角状碳化物,并有较多的残余奥氏体。过多而且分布不良的碳化物在磨削过程中往往会脆裂而形成裂纹;大量的残余奥氏体在磨削过程中,由于受挤压力的作用,会发生马氏体转变而引起局部体积膨胀,同时又在磨削热的作用下引起收缩最后形成拉应力导致裂纹产生。
基于以上分析,应严格控制渗碳过程中的碳粉使表面含碳量降到0.8%～1.0%范围,相应使碳化物和残余奥氏体都控制在3级以下,有效地改善了组织状态
( R2 g7 M; s2 q6 I2 i% h
, m  R& z' u7 ~8 `! w7 i+ Q(2)控制奥氏体晶粒度
$ g( D( {- R% B; ^9 s渗碳和淬火温度高会使奥氏体晶粒粗大,淬火后形成粗针马氏体。粗大的针状马氏体脆性高,磨削时容易产生脆裂,为此,调整了原来的热处理工艺:渗碳温度由原930℃降到900℃,淬火温度由原850℃降为820℃,经改进后得到的马氏体就比较细小。
(3)调整回火工艺减小淬火应力
+ @  l4 f! l& y7 d  S; y: D奥氏体淬火形成的马氏体是膨胀状态,工件磨削过程中产生的热量会引起马氏体回火收缩,而这种收缩由于受到母体刚性金属的制约,便会在表面局部产生拉应力,当这种拉应力达到一定极限值,便会形成裂纹。基于这一分析,采取适当地提高回火温度、延长保温时间的办法将原来的170℃×2h回火改为200℃×4h的回火工艺。根据情况,特别是在冬天,有时还采取补充二次回火的措施。
2.2.2　从磨削工艺的角度分析
我厂在解决20CrMnTi渗碳钢件齿轮磨削裂纹问题中,采用了喷丸强化工艺,喷丸强化工艺是表面加工工艺的一种,是利用大量高速运动的珠丸冲击工件表面,对工件表面进行冷挤压,使之发生冷态塑性变形,产生冷硬层并形成表面残余压应力。由于表面具有残余压应力,将抵消一部分拉应力,从而有效地避免了裂纹的产生。磨削条件也是影响裂纹产生的一个重要因素,从上述分析可知:磨削热导致磨削裂纹的产生,所以解决磨削裂纹的关键在于如何降低磨削热。(1)应选用湿磨法,采用冷却的方法使磨削区温度降低,并且应确保冷却液喷到磨削区,经过多次试验,调节流量为40～45LPmin,压力为0.8～1.2MPa,就能实现充分冷却,同时冲去粘在砂轮上的切屑。(2)选择合适的磨削量,对降低磨削温度也起到重要作用。磨齿时砂轮的切削速度很高,砂轮与齿轮的接触面积又很小,产生的热量会在接触区域形成很高的温度,热应力增加,所以渗碳淬火齿轮在磨削过程中不宜采用过高的砂轮线速度;磨齿时产生的热量与砂轮单位时间内切除的金属量大致成正比,因此,必要时适当减小磨削深度、降低进给量以避免产生磨齿裂纹。(3)若磨削余量选得过大,会产生过多的磨削热,从而导致磨齿裂纹等多种缺陷,因而应尽可能减小磨齿余量。减小磨齿量可以从以下几方面采取措施:①减小热处理变形;②在加工中应以齿圈找正,以使余量分布均匀;③磨前采用硬质合金滚刀半精滚齿,去除热处理变形。④砂轮的选择对磨削温度有重要影响。渗碳钢硬度高,砂粒易磨钝,为了避免砂粒磨钝而产生的磨削热,砂轮硬度软一些,以便磨钝的砂粒及时脱落,保持砂轮的自锐性,同时也应选择组织较软的砂轮,组织较软的砂轮气孔多,可以容纳切屑,避免砂轮堵塞,又可将磨削液或空气带入磨削区域,从而使磨削区域温度降低。在保证面粗糙度要求的前提下,宜选择较粗粒度的砂轮,以达到较高的去除量比率。另外,砂轮的平衡和修整也非常重要,砂轮必须精细地平衡,及时修整,使砂轮工作时处于良好的平衡及锋利状态。
3 　结语
; V, c9 F; R( A2 G0 e5 ?$ _% s7 |(1) 磨削裂纹产生的根本原因是金属表面在磨削过程中产生高热使马氏体体积收缩而形成拉应力所致,不良的组织状态会进一步增加磨裂的敏感性。
+ _0 t+ A7 a! U. F4 Q5 ^(2) 严格控制碳势降低过高的表面含碳量避免形成不良的碳化物形态和分布;适当降低渗碳温度和淬火温度,增长回火保温时间,使马氏体组织细小,残余奥氏体含量不高淬火应力减小。通过以上热处理工艺改进,可以大大减小磨削裂纹产生的倾向。
1 g! u' y8 L! T) A的形成。
9 M4 a! U/ g; s当然,磨削裂纹产生的原因是多方面的,应当从磨削工艺、热处理及零件材质等多方面综合考虑,加以控制。
6 {+ f, Z& k# D2 [, ?9 X(3) 改善磨削工艺。合理选用粗细砂轮粒度和硬度以及磨削参数,可以有效防止局部高热的产生,从而防止磨削裂纹

zjxiaoming

分析起来不容易的，先排除自己的工艺有没有问题，然后考虑热处理，应为有些热处理产生的问题，在后道工艺可以弥补。

wysong

可以用酸洗观察齿面的颜色来判断，无烧伤齿面为均匀的灰色，烧伤的齿面通常为黑色，看烧伤的程度