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球鐵曲軸感應(yīng)淬火后磨削裂紋問題

我公司生產(chǎn)的QT800-5某型號四缸曲軸,經(jīng)軸頸感應(yīng)淬火+回火+精磨后,在光滑的軸頸表面上產(chǎn)生了微裂紋,有的呈帶狀分布,深度較淺,且基本一致,形態(tài)上辨別為龜裂或網(wǎng)狀,如圖1所示,也有單條直線裂紋(或多條平行的點條裂紋),如圖2所示。磨削裂紋的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了曲軸的使用性能,導(dǎo)致曲軸斷裂破壞,只能報廢處理,給公司經(jīng)營造成了一定的損失。

1.磨削裂紋的產(chǎn)生分析

由于磨削時零件表面的溫度可能高達(dá)820~840℃或更高,所以磨削裂紋的產(chǎn)生通常是由磨削熱引起。一方面,淬火時產(chǎn)生的殘余奧氏體,在磨削時受磨削熱影響即發(fā)生分解,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,這種新生的馬氏體集中于表面,引起零件局部體積膨脹,加大了零件表面應(yīng)力,導(dǎo)致磨削應(yīng)力集中,繼續(xù)磨削則容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生。另一方面,如果在磨削時冷卻不充分,磨削而產(chǎn)生的熱量足以使磨削表面薄層重新奧氏體化,隨后再次淬火成為淬火馬氏體。因而使表面層產(chǎn)生附加的組織應(yīng)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(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加超過材料的強(qiáng)度極限時,被磨削的表面就會出現(xiàn)磨削裂紋。

2.磨削裂紋特征 

(1)磨削裂紋與一般淬火裂紋明顯不同,磨削裂紋只發(fā)生在磨削面上,深度較淺,且深度基本一致。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向的平行線,且是規(guī)則排列的條狀裂紋。較嚴(yán)重的裂紋呈龜裂狀(封閉網(wǎng)絡(luò)狀),其深度大致為0.03~0.5mm,如用酸腐蝕,裂紋明顯易見。

(2)磨削裂紋在顯微鏡下觀察,主要表現(xiàn)為穿晶而過,但也有沿著晶界延展的。

磨削裂紋,也可說是由表面二次淬火形成。 如果磨削過于劇烈,零件表面瞬時溫度極高,致使工件表面在很薄區(qū)域內(nèi)重新奧氏體化,再由于隨后的快速冷卻,則造成該表層重新淬火,通常稱為二次淬火。該薄層的組織為淬火馬氏體+殘余奧氏體,酸浸蝕后呈白色,在白色的淬火層下面是黑色的回火屈氏體組織,所以這種零件的顯微組織由外及里為淬火馬氏體+殘余奧氏體→淬火馬氏體+回火屈氏體→回火屈氏體+回火馬氏體→回火馬氏體(正常組織)。

3.樣件分析

該曲軸的加工路線:鑄造→正火→機(jī)加工→感應(yīng)淬火→去應(yīng)力回火→探傷→磨削。由表面至心部基體組織應(yīng)為:淬硬層是回火馬氏體,心部為珠光體。

感應(yīng)淬火及時回火,經(jīng)探傷合格后,才轉(zhuǎn)至磨削工序,那么裂紋就是在該工序產(chǎn)生,及磨削裂紋,而非淬火裂紋。

體積變化,熱處理前后各種組織不同是引起體積變化的主要原因,馬氏體-珠光體-奧氏體的比體積依次減小。馬氏體的膨脹率隨著基體中含碳量的增加而增大。

圖3是解剖圖1所示有裂紋的曲軸樣件,沿軸頸徑向取樣,低倍下觀察軸頸表面的裂紋形貌,一些區(qū)域裂紋出現(xiàn)分岔,但石墨分布均勻,沒有異常的片狀、蠕蟲狀石墨。裂紋深0.50mm,呈倒T形分布,兩側(cè)邊分布寬2.9mm。

在用3%硝酸酒精腐蝕后,裂紋處出現(xiàn)了白亮色的異常斑塊,如圖4所示。

在高倍下斑塊區(qū)域為淬火馬氏體,如圖5所示。

淬火馬氏體層深0.15mm,而其他區(qū)域的淬火層組織為回火馬氏體。淬層深2.1mm,淬層硬度為48HRC,軸頸基體珠光體96%,如圖6所示。

正常情況下,軸頸表面淬硬層的組織應(yīng)為單一的回火馬氏體組織,軸頸表面出現(xiàn)的淬火馬氏體組織應(yīng)當(dāng)是在磨削時形成,而且只能是磨削時形成這樣的斑塊的輪廓。由于磨削時操作不當(dāng),在磨削處產(chǎn)生了很高的溫度,使得這些區(qū)域的組織奧氏體化,經(jīng)磨削液的冷卻作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體。由于表面的組織溫度很高,在表層相變區(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)了相變應(yīng)力及熱應(yīng)力,但次表層的組織沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)變,對表層相變區(qū)的熱膨脹和冷卻收縮起到阻礙的作用,使得在表層相變區(qū)形成裂紋。

4.磨削工序采取以下措施 

磨削裂紋的產(chǎn)生是一失效形式,是由磨削熱所致,所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵。

(1)控制原始應(yīng)力,淬火應(yīng)力的存在應(yīng)是造成磨削裂紋的原因之一。從以上分析知道,產(chǎn)生磨削裂紋的根本原因在于淬火件的馬氏體組織是一種膨脹狀態(tài),有應(yīng)力存在,要減少和消除這種應(yīng)力,即淬火后應(yīng)馬上進(jìn)行充分回火處理,我們采取370℃保溫2小時回火處理,以消除淬火形成的殘余應(yīng)力,硬度保持在HRC46-52,易磨削,效果好。 

(2)選擇合適磨削方式,在精磨之前加半精磨工序。在淬火后,徑向還有0.5mm的加工余量,半精磨選用粒度較粗的軟砂輪磨削,便于強(qiáng)力磨削,提高效率,然后再用粒度細(xì)的砂輪進(jìn)行快速精磨,減少背吃刀量,也避免燒傷。這是一較理想的方法。

(3)及時修整砂輪,恢復(fù)其磨削能力。用于半精磨、精磨的砂輪,磨幾條軸后,其磨削力就減弱,如不修整,只能靠延時來達(dá)到所需的加工尺寸,這樣極容易產(chǎn)生燒傷、裂紋。那么,定時的修整砂輪,保持其良好的性能,是簡單易行且行之有效的措施。

(4)選擇合適的磨削量,也可以降低磨削熱的產(chǎn)生。磨削產(chǎn)生的熱量與砂輪單位時間內(nèi)切除的金屬量大致成正比,因此適當(dāng)減小磨削深度、降低進(jìn)給量,可以減少磨削裂紋產(chǎn)生。有的員工為了提高產(chǎn)能、突擊任務(wù),增大磨削量,以提高磨削速度,結(jié)果也增大了磨削熱,便產(chǎn)生磨削裂紋。應(yīng)嚴(yán)格控制磨削進(jìn)給量。

(5)整個磨削過程,采用濕磨,且增大切屑液的濃度,不僅給砂輪和工件以冷卻,給磨削以潤滑,也給砂輪以沖洗。這也是降低磨削熱的途徑。


作者:李永真、崔文慶、趙向方

單位:濱州海得曲軸有限責(zé)任公司

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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2018年3月31日 7:25 [江苏省网友]
1 轻描淡写 [江西省市辖区网友]

请问您 有EN10305的标准下载吗?

有的!

2018年3月30日 19:51 花雨黯 [江苏省淮安市网友]

请问,你们欧标管做吗?

2018年3月30日 17:23 罂粟 [湖南省冷水江市网友]

品质保证,质量第一。

2018年3月30日 10:24 轻描淡写 [江西省市辖区网友]

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2018年3月30日 0:33 红尘梦 [北京市昌平区网友]

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