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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、活塞銷和萬向節(jié)等，在熱處理之后均需經(jīng)過磨削加工。磨削時單位切削面積上的功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他加工方法，所轉(zhuǎn)化的大部分熱量會進(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”問題。
磨削燒傷會降低材料的耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強(qiáng)度，燒傷嚴(yán)重時還會出現(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)量問題，甚至根本不能使用。為此，生產(chǎn)企業(yè)一方面要通過執(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)對零部件的檢驗，及時發(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)溫度顯著地超過鋼的回火溫度但仍低于相變溫度時，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)溫度超過相變溫度Ac1時，工件表層局部區(qū)域就會變成奧氏體，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)有的磨削燒傷檢測方法是：選擇萬向節(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倍金相顯微鏡下對各區(qū)域的組織進(jìn)行觀察，且測試顯微硬度，載荷砝碼300g，保持時間10s。對于檢測結(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，則表明軸頸表面存在磨削燒傷現(xiàn)象。此方法檢驗周期長，操作程序繁雜，要求檢驗人員專業(yè)知識扎實(shí)，產(chǎn)品檢測后無論是否合格都無法再使用。
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，要求檢驗人員專業(yè)知識扎實(shí)等問題。
檢測方法與步驟
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，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方法？并且可以實(shí)時有效控制工件產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本？通過反復(fù)的工藝試驗，我們在工作實(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方法，具體操作步驟如下：
1.將工件蒸汽處理后用無水乙醇清洗；
2.浸入①號溶液中攪拌20～30s（所述的①號溶液為體積濃度為3～5%的HNO3溶液）；
3.取出工件，放入流動的溫水中攪拌漂洗15～60s，然后浸入無水乙醇中；
4.取出工件，浸入②號溶液中攪拌30～45s（所述的②號溶液為體積濃度為3～5%的鹽酸乙醇溶液）；
5.取出工件，放入流動的溫水中攪拌漂洗15～60s；
6.取出工件，浸入③號溶液中攪拌15～60s（所述的③號溶液為重量濃度為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。
試驗研究表明，對工件進(jìn)行適宜的處理后再放在燒傷觀察燈下觀察工件表面，可方便迅速地對工件是否出現(xiàn)磨削燒傷做出判斷，從而保證對磨削加工工藝的監(jiān)控和及時改進(jìn)，降低磨削燒傷率。
通過大量研究后發(fā)現(xiàn)，采用上述的①號、②號和③號溶液對工件處理后，除了可以及時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水級別及以上即可。上述步驟8中的非反射性是指觀察燈燈光下工件表面無光澤反射。
試用范圍及注意事項
上述工件表面磨削燒傷的檢測方法，不僅適用于萬向節(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)過磨削加工的工件。
檢測工件前，將①號溶液攪拌均勻，然后將pH計放入①號溶液中停留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。然后用無水乙醇清洗掉萬向節(jié)十字軸表面的水分及殘存的油脂。
步驟3和5中的流動的溫水是指溫度為（20±5）℃、流速為（25±5）L/min的水。采用流動的溫水可以達(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）。
檢測方法中應(yīng)測量及監(jiān)控①號溶液pH值在0.18～0.47之間。實(shí)際操作中，保證①號、②號和③號溶液處于所需的濃度是非常關(guān)鍵的，更簡便的方法是只需要監(jiān)控①號溶液的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，不符合要求需及時更換①號、②號和③號溶液。測量時將溶液攪拌均勻，pH計放入溶液中3～5min，直到穩(wěn)定為止。燒傷觀察燈是采用75W臺燈。工件處理后采用普通的75W臺燈，燈光下觀察即可判斷出是否存在磨削燒傷，簡單方便。
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，這說明在磨削加工過程中材料表面溫度超過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，這說明在磨削加工過程中表面溫度超過了材料的臨界溫度，這種類型的燒傷通常對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接觸區(qū)域，工件所有滾動接觸的支承表面均為關(guān)鍵表面。磨削加工生產(chǎn)過程中，對于第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，對燒傷工件隔離并交廢品庫，同時查找原因，提出改進(jìn)措施，再次做磨削燒傷試驗，確認(rèn)合格后才能夠進(jìn)行磨削加工生產(chǎn)。
檢測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。
檢測方法還包括將使用后的①號和②號溶液加入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)備說明：采用CMD-BX90型高壓飽和蒸汽清洗機(jī)，PHB-10筆式pH計，溫度設(shè)定在25℃的普通電熱水器。
乙醇：含量≥99.7%，20℃時的密度為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多的煙氣。
配制：
①號溶液——體積濃度為4%的HNO3溶液；
②號溶液——體積濃度為4%的鹽酸乙醇溶液；
③號溶液——重量濃度為5%的NaOH溶液，備用。
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