渗碳凸轮轴磨削裂纹的工艺分析- .pdf

I 4 e 5 0 H R C 各凸轮型面相对整个中心线跳动 为 0 0 5 1 m m 平行 度为 0 0 2 5 m m 表 面粗糙 度 R 0 5 t x m 成品探伤后各凸轮表面和主轴颈不允许有裂纹 2 主要工艺过程粗车一铣凸轮一渗碳一精车一 淬火一磨凸轮一探伤 2 裂纹属性和形态 磨削裂纹属于典型的表面裂纹 在这批凸轮磨削裂纹 中 其裂纹形式主要是横向裂纹 见图2 网状裂纹 见 图3 裂纹的垂直深度约0 4 ra m 横向裂纹沿凸轮轴向裂 开 多发生在凸轮升程段 即凸轮曲率半径较小的地方 2 0 1 0年第 1 7 期熟处 锻 铸造 WWW m e t a1 wor k i n 9 T 9 50 CO O 1 参曷 工热 加 工 网状裂纹则在整个凸轮表面毫无规律的分布 其网格大小 与裂纹的深浅J h Y 裂纹越浅 网格越小 图2 图3 3 凸轮磨削裂纹产生的原因分析 磨削裂纹虽然产生在磨削工序中 但查找原因时绝 不能仅仅限于该工序 特别是渗碳淬火类零件 在渗 碳 淬火和磨削各工序中都有可能导致裂纹 1 热处理因素在热处理过程中 渗碳和淬火在 冷却时都有可能造成裂纹 或是得到了裂纹所必须的金 相组织 而在后面磨削时暴露出来 磨削中发现的网状裂纹 主要来 自于工件渗碳后的 冷却过程中产生了层带状组织 其渗碳层在一定速度冷 却下 会出现局部过冷奥氏体不分解 而在 Ms 点以下 形成马氏体现象 经解剖分析发现 凸轮轴在渗碳的过 程中 渗层内都具有相同而复杂的层带状显微组织 由 表及里依次出现两个厚度不等的组织层次 它们分别是 珠光体 网状碳化物层 马氏体层 如果防止产生这种 层带状组织时 产生网状裂纹的机会就会小很多 在淬火过程中 容易产生裂纹的原因主要来 自于在 冷却时产生的内应力而导致的变形或开裂 内应力包括 由表层和心部的温差导致比体积变化所引起 的热引力 以及由温差造成马氏体转变的时间差而引发的组织应力 同时在淬火冷却中还值得注意的是 如何保持残留 奥氏体量的稳定化和尽量减少不稳定残留奥氏体量 以 一 蠢 曩瑟 蠢 曩 曩 曩 蠢 强i 嚣 强 爱 鬈嚣臻 撼 曩 嚣 L 盟 熊 里 豳 避免在低温回火冷却过程中 由于组织应力被大大消除 约能消除3 0 以上的组织应力 而促使部分残余奥氏 体在低温回火冷却过程中向马氏体转变 形成二次淬火 马氏体 该 二 次 淬 火 马 氏体 的正 断 抗 力 为 6 0 0 7 0 0 MP a 并且韧性极差 由于淬火马氏体与残留奥氏体 的比体积相差很大 即马氏体的膨胀系数约是奥氏体膨 胀系数的2 3 正是由于这种脆性大 强度低的相存在 导致在磨削过程中产生了磨裂现象 2 磨削因素影响磨裂的磨削因素主要是其工艺 参数的选择是否合理 能否有效地降低磨削热 凸轮表 面在磨削前硬度是 5 8 6 2 H R C 其组织主要是回火马氏 体和少量的残留奥氏体 在磨削时产生大量的磨削热会 使工件表层金属超过相变温度 砂轮离开后瞬间又迅速 冷却 就产生二次淬火 最外层的残留奥氏体组织转变 成淬火马氏体 比体积增大 促使最外层膨胀 但受到 内层金属的牵制 因此最外层受到压应力 内层金属温 度略低 二次淬火后的淬火马氏体转变成回火马氏体或 索氏体 比体积减小 受到拉应力 因此 影响凸轮表 面质量的是残余拉应力 同时 在磨削过程中 凸轮表 面在大量的磨削热作用下 可使外层完全处于没有内应 力的塑性状态 体积膨胀 随着磨削过程的结束 外层金属将 由完全的塑性状 态过渡到弹性状态 随着温度的降低 塑性减小 弹性 增大 体积缩小 这层金属迅速冷却时体积缩小得更快 些 这样便受到内层金属的牵制 同时也受到了不能恢 复弹性状态的外层金属的牵制 结果使外层金属中产生 相当大的残余拉应力 甚至能超过材料的强度极限而产 生磨削裂纹 通过分析 组织转变产生的拉应力和热变形产生的拉 应力的综合作用是磨削过程中产生裂纹的主要原因 但这 两者又都是磨削时产生的瞬间高温所引起的 这也不难解 释在磨削中产生的凸轮表面裂纹一般出现在曲率半径较小 的部位 因为该地方产生的磨削热量大 散热条件差 4 预防裂纹的措施 1 热处理工艺 降低渗碳时的冷却速度 在渗 碳中 主要导致裂纹是由于冷却速度的不同而产生冷却 后组织不同 控制好冷却速度 防止层带状渗层组织的 产生 能够有效地避免由于渗碳导致的磨削裂纹 同时 渗碳件表面碳浓度不宜过高 否则会引起残 留奥氏体量 过多 二次淬火马氏体量也会过多 所以最好控制碳势 在0 9 一1 0 增加回火程度 在不改变其他工艺 条件的情况下 通常采用增加回火程度 包括适当提高 回火温度 延长回火时间或增加回火次数 的办法 来 预防 消除和磨除磨削裂纹 我公司曾对一批 2 2根凸 轮轴进行磨削加工 在连续 2根产生磨削裂纹后立刻停 止磨削 余下 2 0根凸轮轴返回进行二次低温回火 然 后磨削时再未出现磨裂现象 2 磨削工艺在磨削工艺上所做的一切主要是为 了有效地减少磨削热的产生或降低 各工艺参数与磨削 热的变化关系如附表所示 磨削参数与磨削热的关系 砂轮转 速 主要是线速度 越高 会导致挤压 和 砂 轮转 速 摩擦作 用加大 产生的磨削热也增 大 工件转 速越 高 其 热源移动速度快 但 增加 了单 工件转速 位时间内的切 削量 产生磨 削热的大小 靠两者之 间 的平衡 一 个总的原则 为 磨 削较硬的表 面时 应该用 软 砂 轮硬度 砂 轮 磨 削比较 软的材料时选用硬砂 轮 这样能 降 低磨 削热 主要 与工件 的导热 性有关 对普通 钢件 而言 含 工 件材料 碳 量越 高 则导 热性越差 磨 削时温度就高 工 件表 面 工件表 面硬 度主要 与表面材料组织有 关 对 同一 种材料 其金 相组织 不同 导热性也 不同 按奥 氏 硬度 体 淬 火和回火马氏体 珠 光体 的顺 序依 次变好 进给 量越 大 其 产生 的磨 削变 形 力和 摩擦 力 越 进 给量 大 导致 磨削热增加 砂 轮修 在砂 轮出现钝化现象时 其磨削 热显著增 加 不 整度 但会影响工件表面质量 并且很容易产生烧 伤 凸轮轮廓外形的曲率半径越小 不仅 会导致 产生 工 件形状 的磨削热大 同时其散热也 比较困难 在加工中除了保证大流量 的切 削液外 还应 该选 切削液 择浸透性 润滑性和冷却性都相对较好 的切削 液才 能有效地降低切削热 在针对具体工件磨削中 只有根据工件材料 形状 表面硬度及其加工要求正确地制定磨削工艺参数和选择 合适的切削液 才能在磨削过程中降低裂纹的产生 5 解决磨削裂纹的措施 经过上述分析后 我们在后续的生产中采取了如下 措施 磊 工热 加 工 热 处 锻 铸 造2 0 T 0 年 第T 7 期 WWW mot alwor ki ng 7 95 0 c orn 压力容器热处理的几个问题 中国石油辽阳石化机械厂 辽宁1 1 1 0 0 0 姜彦锋 金属热处理工艺学和其他 自然科学相同 是随着 生产力的发展而发展的 同时和其他科学技术 的发展 紧密相关 热处理工艺是 占代冶金技术发展的结果 是作为冶金技术的一部分 逐渐发展而形成 的一门科 学 近年来我厂时常遇到一些问题 在制造过程中 将本应针对而且只能针对零部件的预备热处理与产品 的最终热处理混合使用 分别不清 造成 了材料的组 织和性能与原设计要求不符 主要体现在对碳钢和低 合金钢制造的压力容器上为淬火 加回火 正火 加 回火 两种情况 对奥氏体不锈钢体现在 固溶 加稳 定化处理 情况 G B 1 5 0 4 2 4中指出 对容器制造过程中需要进行 热处理的碳素钢和低合金钢钢板 钢厂的交货状态可不 用表4 1 钢板的钢号 标准 使用状态及在一系列温 度下的许用应力 中的使用状态 有关文献中对此也 有强调指出 应有资料证明相应钢材规范要求的热处理 已经进行并检验合格 制造是依据设计进行的材料加 工 确保材料使用状态符合设计要求是对制造的基本要 求 因此 有必要明确理顺热处理 目的和作用 以及其 对象问的对应关系 一 分析问题 一 般把热处理工艺分为最终热处理和预先热处理两 大类 最终热处理的目的是使零件或产品达到设计使用 的性能要求 而预先热处理的目的则是消除或改善前工 序引起的缺陷 为后续工作做好性能与组织准备 同一 种热处理方式在作用于不同的对象 也就分别地称为最 终热处理和预先热处理 例如 当焊后热处理只针对零 部件使用时 它就是预先热处理 而针对于整台产品使 用时 则为最终热处理 下面就提出在我厂出现的几种热处理形式 1 焊后热处理 1 焊后热处理 利用金属在高温下屈服强度的降 低 使应力高的地方产生塑性流变 从而达到消除焊接 残余应力的一种热处理 属去应力退火 低温退火 对碳钢和低合金钢制压力容器 是将产品缓慢加热到 5 0 0 6 5 0 保温一定时间 然后随炉均匀冷却 应力 是弹性体晶格对变形的响应 焊后热处理可以起到 改善焊接接头的塑性和韧性 提高抗应力腐蚀能 l l l一 ll I I l r 1 在渗碳中改变原有渗碳完成出炉空冷的冷却方 除此之外还适当地提高无火花磨削的时间 砂轮与 式 改为先进行 6 8 0 高温 回火 4 h 然后炉内冷却到 5 0 0 以下 再出炉空冷 经过检测 网状碳化物等级 由原来的3 4 级降为 1 2 级 2 淬火时快速加热至 8 3 0 再通过 8 0 油淬 保持 2 h 在低温 1 8 0 o C 回火 一次回 火 4 h 经检测 凸 轮表面淬硬层组织为 回火细针马氏体 十 残留奥氏体 粒状和少量小条块状碳化物 3 在磨削中 磨削参数的选择如下 砂轮磨料为 立方氮化硼 线速度 7 0 m s 径向进给量 0 0 0 5 m m r 冷却液 A q u a t e x 3 3 8 0 修整频率 6 根 次 圈墨 堡星 塑 垫丝 塑 箜堕 WWW m e t a1 wo i ng1 9 50 C Ol T