我公司生產的QT800-5某型號四缸曲軸，經軸頸感應淬火+回火+精磨后，在光滑的軸頸表面上產生了微裂紋，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。磨削裂紋的產生嚴重影響了曲軸的使用性能，導致曲軸斷裂破壞，只能報廢處理，給公司經營造成了一定的損失。
1.磨削裂紋的產生分析
由于磨削時零件表面的溫度可能高達820～840℃或更高，所以磨削裂紋的產生通常是由磨削熱引起。一方面，淬火時產生的殘余奧氏體，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，加大了零件表面應力，導致磨削應力集中，繼續(xù)磨削則容易加速磨削裂紋的產生。另一方面，如果在磨削時冷卻不充分，磨削而產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超過材料的強度極限時，被磨削的表面就會出現磨削裂紋。
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。較嚴重的裂紋呈龜裂狀(封閉網絡狀)，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→機加工→感應淬火→去應力回火→探傷→磨削。由表面至心部基體組織應為：淬硬層是回火馬氏體，心部為珠光體。
感應淬火及時回火，經探傷合格后，才轉至磨削工序，那么裂紋就是在該工序產生，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，兩側邊分布寬2.9mm。
在用3%硝酸酒精腐蝕后，裂紋處出現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為單一的回火馬氏體組織，軸頸表面出現的淬火馬氏體組織應當是在磨削時形成，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，在磨削處產生了很高的溫度，使得這些區(qū)域的組織奧氏體化，經磨削液的冷卻作用轉變?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)域內的出現了相變應力及熱應力，但次表層的組織沒有產生轉變，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鍵。
（1）控制原始應力，淬火應力的存在應是造成磨削裂紋的原因之一。從以上分析知道，產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)，有應力存在，要減少和消除這種應力，即淬火后應馬上進行充分回火處理，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，便于強力磨削，提高效率，然后再用粒度細的砂輪進行快速精磨，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，只能靠延時來達到所需的加工尺寸，這樣極容易產生燒傷、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生。磨削產生的熱量與砂輪單位時間內切除的金屬量大致成正比，因此適當減小磨削深度、降低進給量，可以減少磨削裂紋產生。有的員工為了提高產能、突擊任務，增大磨削量，以提高磨削速度，結果也增大了磨削熱，便產生磨削裂紋。應嚴格控制磨削進給量。
（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任公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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