中频淬火凸轮轴磨削裂纹产生原因及对策
中频淬火凸轮轴磨削裂纹产生原因及对策
摘要：对球墨铸铁中频淬火凸轮轴磨削裂纹产生的原因进行了分析。认为磨削工艺不当，产生了过高的磨削热，使凸轮浅表层组织回火过度，硬度大幅下降，从而产生极大的拉应力是磨削裂纹产生的主要原因。采取对策后取得了较满意的效果。
关键词：ag尊龙app-kb88凯时官网登录；磨削热；回火过度；残余应力；磨削裂纹
1前言
我厂s195qt60023(稀土2)75%，<5%45～50hrc1.5～4.5mm3～6级。凸轮轴磨削后磁粉探伤时发现有磨削裂纹，废品率有时高达20%，为此我们对磨削开裂的凸轮轴进行了金相、表层显微硬度梯度、残余应力等试验，揭示了磨削裂纹产生的原因，采取了相应的对策，并取得了较满意的效果。
2磨削裂纹的宏观形态
凸轮磨削表面呈微黄色，有少量烧伤焦斑，裂纹宏观形态见图1。裂纹多数呈条状，单条或多条平行于磨削方向，周向分布在凸轮基圆及两侧表面，裂纹长度5～40mm，ag尊龙app-kb88凯时官网登录，间断或连续，严重时贯穿整个凸轮表面，少数呈放射状和龟裂状。
图1
3试验内容及方法
3.1金相分析
2所示切开，去除线切割的热影响层，制成1号样，进行裂纹金相分析，其淬硬层组织见图3452所示制成2号样，进行淬硬层表面金相组织级别评定，其淬硬层表面金相组织见图6。
图2
图31(淬硬层深3.7mm)×100图41500
图51100图62(级别4级)×500
3.2磨削开裂凸轮表面层显微硬度梯度试验
对1号金相试样表层进行显微硬度梯度试验，硬度点的位置避开石墨在基体上进行，结果见表1。
3.3凸轮表层残余应力试验
我厂凸轮轴磨削工艺是采取砂轮纵向进给一次完成的，先大进给量粗磨，后转入小进给量精磨，最后转入无进给量的光磨。为了揭示磨削前后及磨削过程中的粗、精、光磨阶段凸轮表层残余应力的变化规律及与磨削裂纹的关系，取33号轴不经磨削，4号、5号凸轮轴在生产现场同一台磨床上，由同一操作者按现场工艺磨削，4号轴粗磨一半余量时快速退出砂轮，5号轴经粗精光磨磨削终止。
3支残余应力试验的凸轮轴其编号及状态见表2。对上述3支凸轮轴，在同一凸轮的基圆同一位置，进行电解腐蚀剥离，在msf22m型x()3。
4结果分析
(1)图6所示2石墨，不过热，属正常淬火组织。经ag尊龙app-kb88凯时官网登录3h(见图3)，从显微组织上无法分辨出磨削烧伤引起的表面回火层。裂纹深度为0170mm，开口较宽，头部尖细，由表面垂直向心部扩展(见图5)。图4晶界微量点状二次渗碳体，可见正火温度偏高，过高的温度正火，不仅晶界析出二次渗碳体，而且由于奥氏体含碳量高，正火后珠光体碳含量也高，感应快速加热时珠光体快速奥氏体化，其碳含量势必保留了原珠光体的高含碳量，淬火后得到高碳马氏体，这种组织产生磨削裂纹的敏感性较大，晶界二次渗碳体还可能成为磨削裂纹的扩展通道。
(2)(表1)0.20mm范围内硬度有明显下降，表面硬度比原硬化层硬度下降约20%。说明磨削时凸轮表面严重发热，对凸轮浅表层有深度回火作用。这是因为磨削时产生大量的磨削热，少部分被冷却液带走，大部分瞬间集中在工件浅表层，以极快的速度将浅表层加热到一定温度，并形成浅表层极大的温度梯度，当温度超过工件原回火温度，引起浅表层组织更深度的回火，使硬度下降，浅表层的硬度梯度即反映了磨削热深入浅表层形成的温度梯度。表10103mm处宏观洛氏硬度已从磨削前的4914hrc下降到4112hrc，大大低于45～50hrc的技术要求。应该指出的是浅表层的硬度降低在宏观硬度检查中往往不易发现，这是因为深度回火层较浅，仅012～013mm2～3hrc，这类凸轮轴极易漏检，投入使用，必然出现早期磨损。
(3)表330.80mm-92～-80mpa，均为压应力，应力梯度平缓，曲线几乎平行于水平坐标轴，可以推断在整个淬硬层深3.7mm范围，残余压应力将逐渐过度到零，符合表面感应淬火淬硬层的应力分布。
(4)表34 771mpa，向心部不断降低，距表面0.8mm处拉应力接近零，这是因为粗磨时磨削进给量大，磨削热也大，引起浅表层组织深度回火，使该层组织进一步转变，金属比容减小，体积收缩，产生拉应力。与此同时，被磨削热加热的浅表层，在冷却液的作用下，快速冷却，也使该层组织收缩，产生拉应力，前者为组织应力，后者为热应力，两者叠加，使浅表层产生极大的拉应力，当拉应力超过材料的脆断强度时，则形成磨削裂纹。
(5)表350.08mm处全部受压应力，表面压应力最大，为-544mpa。距表面0.18mm 376mpa。从表面至0.08mm范围出现压应力是因为进入小火花、无火花的精光磨阶段，砂轮对凸轮表面的挤压作用所引起的，我们可把5号轴看作经粗磨的4号轴再经精光磨，既54号曲线的浅表层叠加一个挤压力形成压应力的结果。
(6)磨削裂纹是在粗磨阶段形成的。在整个磨削过程中，随着进给量等因素的变化，凸轮浅表层的应力在不断变化。磨削开始时当砂轮一接触到凸轮表面，磨削热便产生并开始传入浅表层，此时ag尊龙app-kb88凯时官网登录，尚不能引起深度回火，浅表层的应力也较小(尚有砂轮对凸轮表面机械作用造成的应力)，随着粗磨阶段砂轮的不断进给，磨削热在浅表层不断积累，温度不断升高，直至粗磨阶段终止时，浅表层温度达到最高值，这时磨削热的深度回火作用最大，浅表层拉应力达到最高值。转入精光磨阶段后，由于进给量明显减小，磨削热及浅表层温度也大为降低(表2中54)，由于砂轮挤压形成压应力和粗磨时形成的拉应力的叠加作用，使最表层的拉应力值降低或叠加成压应力。由此可见，整个磨削过程中，凸轮表面(或浅表层)的应力在粗磨阶段随着磨削进行，拉应力不断上升，到粗磨结束时拉应力达到最大值。进入精光磨后，在砂轮的挤压作用下，表面和浅表层应力不断降低直至转变为压应力，因此磨削裂纹是在粗磨阶段，当拉应力超过材料的脆断强度的某一时刻形成的，而不是精光磨阶段，也不在磨削终止以后。
(7)由于粗磨中凸轮表面温度最高，表面拉应力最大，因而磨削裂纹是由表面生成，直至一定深度时拉应力明显降低，扩展即行停止。图5磨削裂纹形貌表面开口较宽、头部尖细，充分展示了这一特点，是典型的磨削裂纹。
5对策及效果
(1)调整磨削工艺参数，重点减小粗磨进给量，同时疏通冷却液管道，增大冷却强度，调整喷液位置，增强冷却效果，严格执行砂轮修正周期，严格前道工序尺寸控制，防止磨削余量失控，从而降低磨削热的不良影响。工艺参数的调整以ag尊龙app-kb88凯时官网登录浅表层磨削后不深度回火、硬度不降低为原则。
(2)降低正火温度，降低奥氏体碳含量，防止二次渗碳体析出，以降低材料的磨削裂纹敏感性。
(3)适当提高中频淬火后的回火温度，将硬度控制在技术要求的中下限，提高材料抗深度回火的能力。
实施上述对策后，磨削开裂明显下降，取得满意效果。
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