眾所周知，在磨削加工產(chǎn)生的拉應(yīng)力的作用下形成的裂紋均稱為磨削裂紋。若在無(wú)此應(yīng)力作用的情況下進(jìn)行表面處理(例如:酸洗、電鍍、氧化等)，則未發(fā)現(xiàn)氫脆和應(yīng)力腐蝕裂紋，而在磨削應(yīng)力作用下進(jìn)行上述表面處理所形成的裂紋，筆者認(rèn)為亦可屬磨削裂紋范疇。
形成磨削裂紋的原因不同，而且有時(shí)是綜合性影響，其形態(tài)一般可分為三種:1)磨削裂紋的走向與砂輪旋轉(zhuǎn)方向一致，并稍有連續(xù);2)裂紋的走向與砂輪方向一致，成魚(yú)磷狀并稍有斷續(xù);3)因磨削應(yīng)力而在表面處理過(guò)程中形成裂紋。該裂紋呈斷續(xù)的一頭粗一頭尖的縱向羽毛狀裂紋[1]。防止形成這些裂紋的措施，就是從各方面降低其磨削應(yīng)力。
1 降低滲碳層本身的不均勻應(yīng)力
滲碳層碳化物的顆粒越細(xì)小越好，碳化物分布越均勻越好。為避免碳化物粗大化，獲得極度彌散的碳化物[2]，可控氣源的選擇，是很重要的因素[3]。例如:天然氣中主要成份為CH4。就目前的滲碳的氣源而言，通常滲碳機(jī)理為CO→Cad+CO2(Cad為活性碳)。唯有天然氣可直接裂解生成活性碳滲碳[4]CH4→Cad+2H2，且在天然氣凈化很好時(shí)(有機(jī)硫≤3～5mg/m3、無(wú)機(jī)硫≤1～3mg/m3、二氧化碳≤0.5mg/m3)[5]這種裂解反應(yīng)更完美，凈化后天然氣用氣量大大下降。例如:長(zhǎng)春一汽大眾三臺(tái)1000公斤艾協(xié)林多用爐和一臺(tái)12料盤艾協(xié)林貫通式多用爐相當(dāng)四臺(tái)1000公斤艾協(xié)林多用爐產(chǎn)量。原用氣源約40M3/h，現(xiàn)采用天然氣凈化設(shè)備后，只需23M3/h，同時(shí)零件表面碳黑、非馬氏體組織的厚度和分布密度大大改善，一般<3μm(淺腐蝕)[5]，滲碳層碳化物粒度也有改善。四川重型汽車廠也達(dá)到相似效果，僅原料氣就節(jié)約40萬(wàn)元/年以上。
2 為使馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)應(yīng)力最小，同時(shí)變形也最小，冷卻介質(zhì)的選擇至為重要。
淬火冷卻時(shí)，熱應(yīng)力(熱漲冷縮應(yīng)力)和組織應(yīng)力這兩種應(yīng)力相互抵消，抵消越多越好。要減少滲碳淬火件表面非馬氏體組織，氣源選擇是主要因素[3、5]，淬火油次之。淬火油要求在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)快速通過(guò)，而在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)為減小應(yīng)力防止變形又需冷卻適度。特別是對(duì)截面較大的滲碳零件，要注意防止心部硬度不合格，殘余奧氏體量增加，因而在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻要根據(jù)鋼號(hào)、零件截面大小而確定。在淬火油中的冷速主要取決于冷卻油的類型、成份、添加劑等因素。適當(dāng)提高淬火油的油溫能起很好效果，但當(dāng)油溫提高到120～140℃時(shí)，很多等溫油在300℃時(shí)的冷速太慢，因而對(duì)截面大的零件殘余奧氏體量增加，心部硬度下降。通過(guò)適當(dāng)提高300℃時(shí)等溫油的冷卻速度以解決這一問(wèn)題。長(zhǎng)春一汽大眾艾協(xié)林多用爐的淬火油采用德國(guó)貝多菲亞的產(chǎn)品，實(shí)際使用60～80℃，閃點(diǎn)187℃，高溫冷卻快，低溫冷卻也不慢。零件的變形較大，一般轎車的零件變形在15絲左右。
要減少變形，油的高溫冷卻應(yīng)當(dāng)適度而低溫冷卻也應(yīng)根據(jù)鋼種、零件截面大小確定恰當(dāng)?shù)睦鋮s速度，同時(shí)適當(dāng)提高油溫至120～140℃以減少變形，并避免殘余奧氏體量增加和心部硬度下降。
3 滲碳層殘余奧氏體在磨削應(yīng)力作用下，誘發(fā)馬氏體相變。
這種應(yīng)力誘發(fā)馬氏體是未回火馬氏體，應(yīng)力較大，金相觀察時(shí)裂紋周圍有明顯亮區(qū)，此亮區(qū)通常就是應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變區(qū)。
殘余奧氏體的量，直接與鋼種、滲碳件尺寸大小、淬火油冷速、油溫等有關(guān)。由于各方面的原因，很多具有比較好設(shè)備的企業(yè)，首選油均是德潤(rùn)寶、好富頓、Uncon等公司的等溫油，熱處理質(zhì)量可靠、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴。
目前，海森公司HSGKD-2型快速光亮專配等溫油，經(jīng)重慶渝州齒輪廠艾協(xié)林多用爐應(yīng)用4年考驗(yàn)，現(xiàn)兩臺(tái)艾協(xié)林多用爐已全改用海森公司產(chǎn)品，此外，新生機(jī)電設(shè)備總廠艾協(xié)林多用爐，綦江齒輪廠哈克洛夫和仿艾協(xié)林多用爐，重慶有色金屬研究所，豐東爐等均使用海森公司HSGKD-2型產(chǎn)品。該產(chǎn)品分A、B、C、D四類，分供各廠特殊需要。熱處理產(chǎn)品的淬火硬度、金相組織、變形均令人滿意，與進(jìn)口油相比成本大大降低。
4 滲碳淬火件鋼種化學(xué)成分的影響
4.1 一般對(duì)加硼的滲碳鋼，要注意晶界硼化物的形成。硼化物的形成使晶界局部韌性下降(硼脆)，直接影響磨削應(yīng)力大小和磨削裂紋源的形成。為消除含硼鋼中晶界硼化物的形成，主要是控制冶金質(zhì)量從熱處理角度而言，奧氏體化溫度越高、冷卻速度越慢，則富集到晶界的硼化物也越多，當(dāng)冷卻速度較快時(shí)，有可能防止硼化物的偏聚。
4.2 對(duì)加鈦的滲碳鋼，要注意形成方晶鈦而使晶界局部韌性下降，直接影響磨削應(yīng)力大小和磨削裂紋源的形成。消除方晶鈦的形成，主要是控制冶金質(zhì)量。從熱處理角度而言，提高奧氏體化溫度，使方晶鈦固溶在奧氏體內(nèi)，然后在冷卻時(shí)以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，避免鈦在晶界的富集，從而消除方晶鈦的形成。
4.3 含錫量的控制
為避免晶界錫化物的形成，錫含量必須控制在0.5%以下，同時(shí)防止在400℃左右回火，通常滲碳鋼均在低溫回火，這類組織不易形成。
5 磨床磨削參數(shù)的控制
1)磨床砂輪粒度以100#為宜。粒度越粗，應(yīng)力越大。
2)磨床、砂輪徑向擺動(dòng)越小越好。擺動(dòng)越大，應(yīng)力越大。
3)濕磨比干磨應(yīng)力小，濕磨液要采用過(guò)濾措施，并定期更換。
4)砂輪的轉(zhuǎn)速適當(dāng)。
5)砂輪進(jìn)刀量的控制:粗磨磨削量不宜太大，粗磨可根據(jù)硬度、鋼號(hào)一般控制在1～3絲以內(nèi)。
必要時(shí)在磨削后立即增加去應(yīng)力回火，以降低應(yīng)力，同時(shí)使應(yīng)力誘發(fā)馬氏體組織及時(shí)轉(zhuǎn)變成回火馬氏體，以降低內(nèi)應(yīng)力。去應(yīng)力回火的溫度在不影響產(chǎn)品性能、硬度等要求的情況下可適當(dāng)提高，以達(dá)到盡可能降低應(yīng)力的效果。
因磨削應(yīng)力作用下進(jìn)行表面處理而形成的羽毛狀裂紋的原因是磨床砂輪的中心線不可避免地在一個(gè)公差范圍內(nèi)的周期變動(dòng)，而加工面也是隨著砂輪中心線的周期變動(dòng)而變動(dòng)，這個(gè)周期性變化使磨削產(chǎn)生的應(yīng)力也隨著變化，且有周期性，縱向羽毛狀裂紋的左尖右粗，標(biāo)志著工作的移動(dòng)方面是由左向右。為防止該裂紋，除上述措施外，還可從防止表面處理過(guò)程中的氫脆和應(yīng)力腐蝕斷裂方面采取適當(dāng)措施。
采用先進(jìn)的工藝使?jié)B碳淬火件表面非馬氏體組織< 3 mm(淺腐蝕)；使零件變形最小(機(jī)加工前的預(yù)先熱處理工藝也有效) ，無(wú)需再削磨加工。
