德國是世界上機械制造強國，也是金屬切削技術(shù)領(lǐng)先的國家之一。在德國機械加工企業(yè)流傳著這樣一句名言：企業(yè)的紅利在刀尖上。中國也有一句名言：“千里之堤，潰于蟻穴”。刀具刃口微觀缺陷（蟻穴），卻影響著刀具的性能及壽命這個“千里之堤”。可見刀具刃口技術(shù)是個值得重視的大問題。
隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的高速發(fā)展，刀具滯后現(xiàn)象日益突出，特別是刃磨技術(shù)跟不上形勢發(fā)展要求，磨退火極為普通，磨裂現(xiàn)象到處可見，嚴重影響企業(yè)的發(fā)展與進步。
1、何謂磨退火？何謂磨削裂紋？
碳素工具鋼工具淬火回火后硬度為60~65HRC，通用高速鋼刀具淬火回火后硬度為64.5~66.5HRC，高性能高速鋼為66~67.5HRC，在刃磨和以后的修磨過程中，由于高速旋轉(zhuǎn)的砂輪和刃口親密接觸產(chǎn)生磨削熱，如果此時的溫度超過該鋼的回火溫度，就會致使刃口硬度下降，人們把這種硬度下降的現(xiàn)象叫磨退火。
磨削裂紋是淬火態(tài)或殘留奧氏體（rR）較多的工件經(jīng)磨床磨削后所產(chǎn)生的裂紋。這種裂紋不是在磨削過程中而是在磨削結(jié)束之后產(chǎn)生的。裂紋的深度大約為0.1~0.2mm，初看覺得好象很懵。當(dāng)用酸蝕時，裂紋顯而易見。圖1和圖2是磨削裂紋的示意圖。
筆者1968年大學(xué)畢業(yè)后在工具行業(yè)工作了近半個世紀，深知各工具廠對磨退火問題十分重視，但還是屢禁不止，幾乎在每個工具廠都會發(fā)生，不過是數(shù)量和程度之分罷了。高速鋼刀具磨退火的輕重程度可以從被磨面顏色判定，往往呈黃色、蘭色、深灰色、黑色，顏色越深，表明刃口受熱溫度越高，退火程度越嚴重，硬度下降值越大。磨退火嚴重時工件表面會產(chǎn)生細而淺的磨削裂紋。磨退火和磨削裂紋是一雙難兄難弟，遭遇都十分悲哀。
2、產(chǎn)生磨削裂紋的原因
工具鋼淬火后的組織是M+rR，故處于膨脹狀態(tài)。如果將其快速加熱到100℃左右并迅速冷卻時，將發(fā)生第一次收縮，繼續(xù)加熱到300℃左右發(fā)生第二次收縮。第一次收縮僅發(fā)生在表面，基體仍處于原膨脹狀態(tài)，從而使表面層承受拉應(yīng)力而產(chǎn)生微裂紋。這種裂紋稱之為第一種磨削裂紋[2]。當(dāng)磨削熱升高使表面達到300℃時，因發(fā)生第二次收縮再次引起磨削裂紋。也就是說，磨削裂紋有兩種，而且，磨削面與基體的膨脹收縮的差值，按圖3所示，隨著磨削面溫度的下降而增大，因此，在磨削以后明顯出現(xiàn)了肉眼可見的裂紋。
馬氏體的膨脹與收縮隨鋼中含碳量的增加而增大，故碳素工具鋼和滲碳淬火鋼產(chǎn)生的磨削裂紋尤為嚴重。此外，淬火鋼中的殘留奧氏體，因磨削熱催化轉(zhuǎn)變成馬氏體，這種新生的馬氏體又集中于工件表面，從而加大了工件表面應(yīng)力，由于持續(xù)對之磨削，對工件既是壓力，又是拉力，助長磨削裂紋的產(chǎn)生。
3、磨削裂紋的特征
磨削裂紋不同于鍛造及淬火裂紋，輕的磨削裂紋呈垂直于磨削方向的平行線，就是上述的第一種裂紋。較嚴重的磨削裂紋呈龜甲狀，其深度0.03~0.15mm不等，屬第二種裂紋。圖4為磨削裂紋典型的例子，圖5為高速鋼麻花鉆磨花鉆磨削裂紋的圖片。為清晰地顯示磨削裂紋，可采用酸蝕或磁粉探傷。Cr12MoV鋼制滾絲模磨削裂紋和二次淬火燒傷區(qū)見圖6.
圖3 說明磨削裂紋成因的示意圖 圖4磨削裂紋的兩種形態(tài)
圖5 高速鋼鉆頭磨削裂紋10%硝酸酒精浸蝕 1×
4、防止磨削裂紋的方法
為了防止磨削裂紋的產(chǎn)生，工廠從磨削工藝和熱處理兩方面解決。
（1）磨削工藝方面
磨削裂紋是由于磨削熱所致，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵。大部分工廠都采用溫磨，即加有冷卻液，無論采取何法都不可能使冷卻液同時到達磨削面，因此無法抹去磨削點產(chǎn)生的磨削熱。冷卻液只能使砂輪和工件在磨削點瞬間磨削走過后冷卻工件和砂輪。同時因冷卻液對被磨工件的磨削點起淬火作用，因而事實上會加劇磨削裂紋的產(chǎn)生。如果采用干磨削，如成型銑刀、滾刀等刃磨，磨削進給量較小粗磨時為0.02~0.04mm，精磨時為0.005~0.01mm，可以有效地減少磨削裂紋，但干磨對工人健康、環(huán)保不利，必須有相應(yīng)的防范措施。
選擇硬度較軟、粒度較粗的砂輪來磨削，可以降低磨削熱，但粗細應(yīng)根據(jù)具體工件而定，既要不裂，更要工件表面光亮。
分粗、細磨削是一種很理智的選擇，粗磨選用粒度較粗的砂輪磨，便于強力磨削，提高效率，然后再用粒度較細的砂輪精磨。
選用粒度較為鋒利的砂輪，及時清除砂輪表面的切屑，減少切刀深度，增加走刀次數(shù)，減少工作臺速度，一般取1~2m/min。另外，選對合適的冷卻液也是減少磨削裂紋的一種方法。例如，某工具公司生產(chǎn)全磨制鉆頭，以前用進口油冷卻，很少磨裂，改用國內(nèi)某油品廠的油，磨裂的幾率大大增加。說明冷卻液在磨削工藝中也是很重要的。
（2）熱處理方面
從以上分析我們知道，產(chǎn)生磨削裂紋的根本原因在于淬火后的馬氏體處于一種膨脹狀態(tài)，有應(yīng)力存在，所以淬火后應(yīng)及時進行回火。
第一種磨削裂紋是淬火件在快速加熱至100℃左右，并迅速冷卻時產(chǎn)生的，所以，為防止這第一種磨削裂紋，工件應(yīng)在150~200℃回火，用碳素工具鋼及低低合金工具鋼制造的工模具，應(yīng)密切關(guān)注。第二種磨削裂紋是工件在磨削過程中繼續(xù)升溫到300℃時，表面再次產(chǎn)生收縮而產(chǎn)生的。為防止此類裂紋出現(xiàn)，則工件應(yīng)在300℃左右回火，回火保溫時間3h以上，有些鋼件在300℃左右有回火脆性，設(shè)法避免或改用其他材質(zhì)代替。
有時經(jīng)一次回火后仍會產(chǎn)生磨削裂紋，應(yīng)第二次回火或人工時效，實踐證明，這個方法很奏效。
有時刀具要求硬度不高，而零件外觀表面要求很高時，可將回火溫度提高到400℃左右，如用Cr12MoV鋼制滾絲模，有的就是提高溫度回火工件表面不會出現(xiàn)磨削裂紋。
φ8~16mm高速鋼制全磨鉆，如整體淬硬，磨削時在出溝處磨裂的幾率很大，嚴重時磨裂50%以上，改進熱處理工藝，鹽浴淬火加熱只浸到刃長的4/5，保證出溝處硬度≤61HRC，這樣就不再發(fā)生磨削現(xiàn)象。
殘留奧氏體是不穩(wěn)定組織，有轉(zhuǎn)變成馬氏體的傾向，為減少和消滅（事實上不可能）之，熱處理應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。淬火加熱溫度不宜過高、保溫時間不宜過長，回火一定要充分，用碳工具鋼、低合金工具鋼及Cr12MoV等制作的刀具，在刃磨前可補充冷處理或深冷處理，對減少和杜絕磨削裂紋有積極效應(yīng)。
刀具設(shè)計結(jié)構(gòu)力求實用合理，防止磨削中局部出現(xiàn)熱積聚導(dǎo)致磨削裂紋產(chǎn)生，適當(dāng)加大過渡區(qū)圓角、和棱、溝、槽處圓弧。舉一實例說明：
用M2鋼制φ120~140mm×40~70mm滾絲模（國家標準將滾絲模列為刀具類）原熱處理工藝為860℃鹽浴預(yù)熱，1220~1225℃加熱，580~620℃中性鹽浴分級后240~260℃硝鹽等溫，淬火晶粒度10~10.5級560~×1h×4次回火后硬度為64.5~65.5HRC。滾絲模在磨削過程中發(fā)現(xiàn)磨削裂紋。分析認為，滾絲模韌性高，強度和耐磨性一般，硬度和紅硬性是次要指標。因而將原硬度要求62~65HRC改為60~62HRC。原工藝還存在rR多和回火不充分之嫌。所以對工藝進行改革：
a、將淬火加熱溫度降低20℃，加熱時間延長50%，
b、500~550℃中性鹽浴分級后250℃×2h硝鹽等溫后空冷，
c、第一次回火用590℃，后三次回火用550℃。
改進熱處理工藝后的滾絲模硬度為61~62HRC，磨削裂紋消失，刀具壽命提高3~4倍。
另外硬度高低亦是影響磨裂的一個因素。人們從實踐中體會到：高硬度比低硬度磨裂的可能性大得多，鑒于此，我們不能偏面的追求高硬度。HSS-E鋼制刀具雖能達到67~70HRC的高硬度，但在現(xiàn)實當(dāng)中行不通，不光是脆性大，而且容易磨裂。我們要給高性能高速鋼制刀具的硬度以科學(xué)定位，除車刀等要高紅硬性的簡單刀具外，一般刀具將硬度定格在66~67.5HRC，比較切合實際。
除了上述一系列措施外，人的因素千萬不可小視，要充分發(fā)揮人的主觀能功作用，努力提高刃磨技能，我們就一定能把磨削裂紋降到最低限度，為企業(yè)節(jié)能增效。
參考文獻
[1] 趙步青·關(guān)于刃磨退火問題[J]·五金科技·2005（5）：22
[2] 大和久重雄[O]·熱處理缺陷及對策150問
[J]·費從榮譯蔡慰望校·國外金 屬熱處理·1986（6）增劑：27~28
作者簡介：趙步青，男，1943年12月生，江蘇阜寧縣人，高級工程師，已發(fā)表論文及適用文章240多篇，出版熱處理專著4部,協(xié)編圖書兩部。研究方向：工模具熱處理工藝。
| |
|
? 請關(guān)注 微信公眾號: steeltuber. 轉(zhuǎn)載請保留鏈接: http://www.bviltd.cn/Steel-Knowledge/DaoJuRenMoLieWen.html
|