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在機(jī)械類產(chǎn)品中，很多重要零部件，如軸承、齒輪、曲軸、凸輪軸、活塞銷和萬(wàn)向節(jié)等，在熱處理之后均需經(jīng)過(guò)磨削加工。磨削時(shí)單位切削面積上的功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他加工方法，所轉(zhuǎn)化的大部分熱量會(huì)進(jìn)入工件表面，因此容易引起加工表面金相組織的變化。在工藝參數(shù)、冷卻方法和磨料狀態(tài)選擇不當(dāng)?shù)那闆r下，工件在磨削過(guò)程中極易出現(xiàn)相當(dāng)深的金相組織變化層(即“回火層”)，并伴隨出現(xiàn)很大的表面殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋，這就是所謂的“磨削燒傷”問(wèn)題。

磨削燒傷會(huì)降低材料的耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強(qiáng)度，燒傷嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)裂紋。零部件的表面層燒傷將使產(chǎn)品性能和壽命大幅度下降，造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，甚至根本不能使用。為此，生產(chǎn)企業(yè)一方面要通過(guò)執(zhí)行正確、科學(xué)的工藝規(guī)范，減輕和避免出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象，另一方面還要加強(qiáng)對(duì)零部件的檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格工件，并判斷正在進(jìn)行的磨削工藝狀況。

淬火鋼零件的磨削燒傷

淬火鋼零件的磨削燒傷主要有兩種形式：種是回火燒傷，一種是淬火燒傷。

回火燒傷指當(dāng)磨削區(qū)溫度顯著地超過(guò)鋼的回火溫度但仍低于相變溫度時(shí)，工件表層出現(xiàn)回火屈氏體或回火索氏體軟化組織的情況。

淬火燒傷。當(dāng)磨削區(qū)溫度超過(guò)相變溫度Ac1時(shí)，工件表層局部區(qū)域就會(huì)變成奧氏體，隨后受到切削液及工件自身導(dǎo)熱的急速冷卻作用而在表面極薄層內(nèi)出現(xiàn)二次淬火馬氏體，次表層則出現(xiàn)硬度大為降低的回火索氏體，這就是二次淬火燒傷。

以萬(wàn)向節(jié)十字軸為例，采用低碳合金鋼滲碳淬火后軸頸表面硬度為58～64HRC，磨削加工后的軸頸表面不允許有燒傷?，F(xiàn)有的磨削燒傷檢測(cè)方法是：選擇萬(wàn)向節(jié)十字軸試樣，用線切割“縱截面”取樣，膠木粉鑲嵌，壓制成金相樣品，打磨、拋光切割面至鏡面，用4%硝酸酒精腐蝕；在XJL217(4XC)倒置式光學(xué)金相顯微鏡下觀察金相組織；采用HD21000顯微硬度機(jī)在400倍金相顯微鏡下對(duì)各區(qū)域的組織進(jìn)行觀察，且測(cè)試顯微硬度，載荷砝碼300g，保持時(shí)間10s。對(duì)于檢測(cè)結(jié)果若零件表層金相組織由正常的馬氏體、殘余奧氏體和碳化物局部轉(zhuǎn)變?yōu)槎未慊鸬鸟R氏體或高溫回火的托氏體等情況時(shí)，則表明軸頸表面存在磨削燒傷現(xiàn)象。此方法檢驗(yàn)周期長(zhǎng)，操作程序繁雜，要求檢驗(yàn)人員專業(yè)知識(shí)扎實(shí)，產(chǎn)品檢測(cè)后無(wú)論是否合格都無(wú)法再使用。

此外，還可采用磁彈法檢查零部件表面磨削燒傷，雖然方法更加專業(yè)，但卻同樣存在操作程序繁雜，要求檢驗(yàn)人員專業(yè)知識(shí)扎實(shí)等問(wèn)題。

 

檢測(cè)方法與步驟

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，如何提供一種迅速、方便、實(shí)用且成本低的工件表面磨削燒傷檢測(cè)方法？并且可以實(shí)時(shí)有效控制工件產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本？通過(guò)反復(fù)的工藝試驗(yàn)，我們?cè)诠ぷ鲗?shí)踐總結(jié)歸納了一種比較好的技術(shù)方案，即一種工件表面磨削燒傷的檢測(cè)方法，具體操作步驟如下：

1.將工件蒸汽處理后用無(wú)水乙醇清洗；

2.浸入①號(hào)溶液中攪拌20～30s（所述的①號(hào)溶液為體積濃度為3～5%的HNO3溶液）；

3.取出工件，放入流動(dòng)的溫水中攪拌漂洗15～60s，然后浸入無(wú)水乙醇中；

4.取出工件，浸入②號(hào)溶液中攪拌30～45s（所述的②號(hào)溶液為體積濃度為3～5%的鹽酸乙醇溶液）；

5.取出工件，放入流動(dòng)的溫水中攪拌漂洗15～60s；

6.取出工件，浸入③號(hào)溶液中攪拌15～60s（所述的③號(hào)溶液為重量濃度為4～6%的NaOH溶液）；

7.取出工件，浸入水中20～45s；

8.取出工件，在燒傷觀察燈下觀察工件表面，若工件表面是均勻的非反射性灰色表面，則為未燒傷工件，其他情況則屬于磨削燒傷工件。

試驗(yàn)研究表明，對(duì)工件進(jìn)行適宜的處理后再放在燒傷觀察燈下觀察工件表面，可方便迅速地對(duì)工件是否出現(xiàn)磨削燒傷做出判斷，從而保證對(duì)磨削加工工藝的監(jiān)控和及時(shí)改進(jìn)，降低磨削燒傷率。

通過(guò)大量研究后發(fā)現(xiàn)，采用上述的①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)溶液對(duì)工件處理后，除了可以及時(shí)獲得工件是否存在磨削燒傷的信息外，如果不存在磨削燒傷的工件，還可以再使用，從而降低生產(chǎn)成本。

上述步驟1中的蒸汽處理可去除工件表面絕大部分的油脂，無(wú)水乙醇可去除工件表面殘存的油脂和水分。上述步驟中的攪拌沒(méi)有特別要求，通常手工攪拌即可，主要是為了溶液均勻更好地達(dá)到處理效果。上述步驟中采用的水為自來(lái)水級(jí)別及以上即可。上述步驟8中的非反射性是指觀察燈燈光下工件表面無(wú)光澤反射。

試用范圍及注意事項(xiàng)

上述工件表面磨削燒傷的檢測(cè)方法，不僅適用于萬(wàn)向節(jié)十字軸，也適合在軸承、齒輪、曲軸、凸輪軸和活塞銷等在熱處理之后均需經(jīng)過(guò)磨削加工的工件。

檢測(cè)工件前，將①號(hào)溶液攪拌均勻，然后將pH計(jì)放入①號(hào)溶液中停留3～5min，直到數(shù)值穩(wěn)定為止，監(jiān)控其pH值。操作中的蒸汽處理是利用飽和蒸汽的高溫和外加高壓，噴射清洗零件表面的油漬污物，并將其汽化蒸發(fā)的一種清洗設(shè)備。還可以清洗任何細(xì)小的間隙和孔洞，剝離并去除油漬和殘留物，達(dá)到高效、節(jié)水、潔凈、干燥且低成本的要求。其工藝參數(shù)為：蒸汽產(chǎn)額10.8kg/h，工作壓力10kg/cm2，產(chǎn)熱量32.217kJ/h。然后用無(wú)水乙醇清洗掉萬(wàn)向節(jié)十字軸表面的水分及殘存的油脂。

步驟3和5中的流動(dòng)的溫水是指溫度為（20±5）℃、流速為（25±5）L/min的水。采用流動(dòng)的溫水可以達(dá)到更好的清洗效果，利于下步工序的進(jìn)行（此溫度的溫水既不傷及人體又可有效地清除溶液殘漬，流速為本地供水狀況確定的）。

檢測(cè)方法中應(yīng)測(cè)量及監(jiān)控①號(hào)溶液pH值在0.18～0.47之間。實(shí)際操作中，保證①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)溶液處于所需的濃度是非常關(guān)鍵的，更簡(jiǎn)便的方法是只需要監(jiān)控①號(hào)溶液的pH值，當(dāng)處于0.18～0.42之間即可。監(jiān)控頻率每2天1次即可，不符合要求需及時(shí)更換①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)溶液。測(cè)量時(shí)將溶液攪拌均勻，pH計(jì)放入溶液中3～5min，直到穩(wěn)定為止。燒傷觀察燈是采用75W臺(tái)燈。工件處理后采用普通的75W臺(tái)燈，燈光下觀察即可判斷出是否存在磨削燒傷，簡(jiǎn)單方便。

其他情況包括回火型燒傷與二次淬火型燒傷。若工件表面出現(xiàn)暗褐色至黑色區(qū)域的為回火型燒傷，這說(shuō)明在磨削加工過(guò)程中材料表面溫度超過(guò)了正常的回火溫度引起表面材料的軟化，此為不合格品。若工件表面出現(xiàn)白亮區(qū)域且周圍通常有異常的黑色回火區(qū)的為二次淬火型燒傷，這說(shuō)明在磨削加工過(guò)程中表面溫度超過(guò)了材料的臨界溫度，這種類型的燒傷通常對(duì)零件的疲勞壽命有害，此為不合格品。

磨削燒傷工件分為四類：Ⅰ類磨削燒傷工件是指在工件非關(guān)鍵表面的回火型燒傷表面覆蓋率＜30%；Ⅱ類磨削燒傷工件是指在工件非關(guān)鍵表面的回火型燒傷表面覆蓋率≥30%；Ⅲ類磨削燒傷工件是指在工件關(guān)鍵表面的回火型燒傷表面覆蓋率＜30%；Ⅳ類磨削燒傷工件是指在工件任何區(qū)域存在可見(jiàn)的二次淬火型燒傷。其中，所述的非關(guān)鍵表面是指工件的非滾動(dòng)接觸區(qū)域，工件所有滾動(dòng)接觸的支承表面均為關(guān)鍵表面。磨削加工生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于第Ⅰ類、第Ⅱ類磨削燒傷工件應(yīng)通知操作員及巡檢員，查找原因并進(jìn)行磨削加工改進(jìn)；對(duì)于第Ⅲ類、第Ⅳ類磨削燒傷工件應(yīng)通知操作員、巡檢員和質(zhì)量主管，對(duì)燒傷工件隔離并交廢品庫(kù)，同時(shí)查找原因，提出改進(jìn)措施，再次做磨削燒傷試驗(yàn)，確認(rèn)合格后才能夠進(jìn)行磨削加工生產(chǎn)。

檢測(cè)方法還包括將未燒傷工件浸入防銹水中。防銹采用本領(lǐng)域通用的技術(shù)，如采用質(zhì)量濃度為8%的NaNO2溶液即可。

檢測(cè)方法還包括將使用后的①號(hào)和②號(hào)溶液加入NaOH中和至pH值為7，然后再將中和后的溶液排入指定的排水溝或蒸發(fā)系統(tǒng)，以保護(hù)環(huán)境。

主要試劑和設(shè)備說(shuō)明：采用CMD-BX90型高壓飽和蒸汽清洗機(jī)，PHB-10筆式pH計(jì)，溫度設(shè)定在25℃的普通電熱水器。

乙醇：含量≥99.7%，20℃時(shí)的密度為0.789～0.791g/ml，符合GB/T678-2002標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備要求：一，所用的清洗設(shè)備應(yīng)能完全去除所有脂、油或其他任何不利于獲得滿意酸蝕效果的薄膜；二，裝溶液的容器應(yīng)采用對(duì)所裝容液不產(chǎn)生有害影響的材料制作，這些容器可配蓋子；三，清洗槽應(yīng)防止表面積累污垢；第四，設(shè)備周圍環(huán)境應(yīng)配備必要的排氣裝置以防過(guò)多的煙氣。

配制：

①號(hào)溶液——體積濃度為4%的HNO3溶液；

②號(hào)溶液——體積濃度為4%的鹽酸乙醇溶液；

③號(hào)溶液——重量濃度為5%的NaOH溶液，備用。

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