工件磨削退火后的質(zhì)量檢測(cè)

趙步青

安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司 安徽馬鞍山 243131

1 序言

筆者1968年大學(xué)畢業(yè)后一直在企業(yè)從事熱處理技術(shù)工作，先后供職過15個(gè)單位，深知各廠對(duì)磨削退火（簡(jiǎn)稱“磨退火”）問題十分重視，但在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)下，磨削退火現(xiàn)象還是很常見，且?guī)缀踉诿總€(gè)廠都有發(fā)生，只是產(chǎn)生磨削退火的數(shù)量和程度不同而已。磨削退火工件可從表面顏色、硬度、金相上進(jìn)行鑒別，以下分別作簡(jiǎn)單介紹。

2 外觀觀察

工件的磨削過程包括摩擦、擠壓和切削3個(gè)部分，實(shí)質(zhì)上是砂輪對(duì)磨件表面的摩擦、擠壓和切削，與車、銑、刨等機(jī)加工方法的不同之處在于磨削速度快（為車削、銑削加工的20倍），磨屑尺寸小，且散熱效果差，其單位切削面積消耗的功率90%以上都轉(zhuǎn)換成熱能[1]，磨削熱的大量積累可能使磨削面溫度高達(dá)600℃，甚至上千度，從而在表面形成很大的溫度梯度，如此溫度超過了工件的最終回火溫度，必然導(dǎo)致硬度下降，人們把這種觀象叫作磨削退火。磨削退火的輕重程度可從被磨面的顏色判定，往往呈黃色、藍(lán)色、深灰色和黑色，顏色越深，退火程度越嚴(yán)重。

磨削裂紋是常見的缺陷，肉眼可見。圖1所示為高速鋼麻花鉆產(chǎn)生的磨削裂紋。從圖1可看出，表面出現(xiàn)很多平行或網(wǎng)狀的細(xì)小裂紋。

圖1 鉆頭磨削裂紋

圖2所示為錳鋼制塞規(guī)淬火后未回火產(chǎn)生的磨削裂紋。

圖2 塞規(guī)磨削裂紋

圖3所示為WI8鋼破切刀在磨削表面時(shí)因造成很大的多向應(yīng)力而形成龜紋狀的磨削裂紋。沿工件橫截面制備的顯微試樣，觀察到較粗大的淬火晶粒。表面裂紋沿晶界面蜿蜒引伸，裂紋深度0.16～0.35mm，如圖4所示。

圖3 破切刀磨削裂紋

圖4 破切刀磨削裂紋金相（320×）

圖5所示為鉻錳鎢鋼制冷沖模，經(jīng)淬火、回火后進(jìn)行磨削加工，即在兩平面出現(xiàn)不同長(zhǎng)度的磨削裂紋。

圖5 冷沖模磨削裂紋

3 硬度檢測(cè)

硬度檢測(cè)是以數(shù)字化表達(dá)的形式，無可爭(zhēng)辯，但往往“甩鍋”熱處理，造成不少“冤假錯(cuò)案”。某公司供給客戶的木材旋切刀，使用一段時(shí)間后自家修磨，因磨削退火而造成刀刃硬度下降，如圖6所示。

圖6 旋切刀修磨退火

高速鋼制機(jī)用絲錐由于磨削退火，表面硬度下降太多，因此無法進(jìn)行切削，經(jīng)檢測(cè)，未磨前硬度為64HRC，磨削退火后僅為53RC，切削試驗(yàn)中，由于硬度低、負(fù)荷大而使一些尖齒崩落，如圖7所示。

圖7 絲錐磨削退火后崩牙

當(dāng)磨削產(chǎn)生的熱量使溫度超過其回火溫度以上時(shí)，即會(huì)發(fā)生軟化，在工件表面出現(xiàn)氧化色澤，硬度下降程度可用HV法進(jìn)行測(cè)量。圖8所示為CrW5鋼制冷擠沖頭，在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)極易磨損，在磨損處橫斷面取樣，經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕，發(fā)現(xiàn)沖頭外圓有深度0.15mm的磨削退火區(qū)域（回火托氏體，硬度由原865HV下降到512HV）。

圖8 冷擠沖頭磨削退火

圖9所示為M2鋼制φ60mm×1.5mm螺釘槽銑刀，用戶反映很快磨損，顯微硬度測(cè)定比基體要低4.5～9.5HRC。由于刀口產(chǎn)生磨削退火，硬度下降嚴(yán)重，因此造成很快磨損。螺釘槽銑刀磨削退火硬度下降情況見表1。

表1 螺釘槽銑刀磨削退火硬度下降情況

圖9 銑刀磨削退火

圖10所示為65Mn鋼制卡尺框磨削裂紋形貌。由圖10可見，在不光滑表面出現(xiàn)明顯磨削裂紋，且硬度明顯下降。將有裂紋的尺寸框進(jìn)行平磨試驗(yàn)，每次小心地磨去0.05mm后檢測(cè)一次硬度值，隨著距表層距離的增大，受熱溫度逐漸降低，使硬度呈拋物線上升，見表2。由此可見，越趨向于表面，受熱溫度越高，其熱量是由表面磨削熱產(chǎn)生的。

圖10 卡尺框磨削退火裂紋

表2 卡尺框磨削退火后硬度變化情況

4 金相檢測(cè)

磨削退火的刀具表面瞬時(shí)溫度很高，甚至接近淬火溫度，經(jīng)空氣或冷卻液冷卻后，表面產(chǎn)生二次淬大現(xiàn)象，鄰近二次淬火區(qū)的組織經(jīng)熱傳導(dǎo)造成退火區(qū)，其硬度下降。圖11所示為高速鋼W18滾刀磨削退火后的金相組織。從圖11可看出，最外層淬火區(qū)金相組織為馬氏體+奧氏體+碳化物；次層退火區(qū)為屈氏體+馬氏體+碳化物；心部為回火馬氏體+碳化物。

圖11 滾刀磨削退火后的金相組織（320×）

圖12所示為65Mn鋼制游標(biāo)卡尺框磨削退火后的金相組織，表層為再淬火的馬氏體組織，心部仍為正常的回火馬氏體組織。

圖12 卡尺框磨削退火的金相組織（320×）

圖13所示為W18鋼制收割機(jī)刀片沖齒切邊模，刃磨不當(dāng)造成退火。從圖13可見，磨削痕跡處金相組織為淬火馬氏體+殘留奧氏體+呈塊狀、粒狀分布的碳化物，奧氏體晶界很清晰，而在磨削痕跡組織的兩側(cè)，則為回火充分的馬氏體+碳化物+少量殘留奧氏體[2]。

圖13 切邊模磨削退火（500×）

5 酸蝕檢測(cè)

如果已經(jīng)造成了磨削退火，表面顏色肯定有變化，有些操作工往往為掩蓋真相而用油石等輕微打磨，退火色即消失，但用酸蝕試驗(yàn)，就會(huì)使假相暴露無遺。對(duì)于磨削退火的高速鋼工具，在酸蝕試驗(yàn)中最常用的是4%硝酸酒精溶液。圖14所示為多家絲錐磨削退火的金相組織照片。如已產(chǎn)生磨削退火而不致裂，但肉眼看不清，則用工業(yè)稀硝酸浸蝕相關(guān)部位30s即可明了。

圖14 絲錐磨削退火程度不同的照片（500×）

檢查磨削退火最可靠的方法為：用體積分?jǐn)?shù)為3%～8%硝酸酒精溶液浸蝕磨削退火部位，然后再用體積分?jǐn)?shù)為8%～10%鹽酸酒精溶液明化，并在碳酸鈉水溶液中進(jìn)行中和，隨后吹干或晾干，即可清晰地將各種磨削退火顯現(xiàn)出來。

6 產(chǎn)生磨削退火的原因

產(chǎn)生磨削退火甚至磨削裂紋時(shí)，除了極少數(shù)是材料問題，大部分是人為因素造成的，概括起來有如下幾方面的原因。

1）淬火后未回火或回火不充分，組織中有較多的殘留奧氏體。

2）吃刀量大，造成被磨面溫度迎速上升，內(nèi)部組織發(fā)生變化并產(chǎn)生熱應(yīng)力。

3）走刀速度過慢。實(shí)踐證明，在相同進(jìn)給量的情況下，走刀速度慢，摩擦產(chǎn)生的磨削熱不易散去，容易造成磨削退火。

4）砂輪鈍化。應(yīng)選擇合適的砂輪并適時(shí)修磨。使用一段時(shí)間后砂輪必然鈍化，如不及時(shí)修磨，砂輪在工件表面產(chǎn)生摩擦，其動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變成熱能，使被磨削工件表面溫度升高，從而造成磨削退火。

5）機(jī)床精度差。設(shè)備的精度、穩(wěn)定性，以及進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的靈敏性，對(duì)磨削的均勻性有一定的影響，因而會(huì)影響磨削質(zhì)量。

6）冷卻方法。很多刀具刃磨為干磨，有的因冷卻不到位，都會(huì)造成工件磨削退火甚至產(chǎn)生磨削裂紋。

7）其他突發(fā)因素的產(chǎn)生也會(huì)產(chǎn)生磨削退火，如機(jī)床故障、停電等。

7 結(jié)束語(yǔ)

磨削退火是機(jī)械行業(yè)的通病，一定要認(rèn)真對(duì)待，一把好的刀具可能要反復(fù)修磨幾十次甚至上百次，每次修磨均要防止磨削退火，避免由此給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，在技術(shù)創(chuàng)新的道路上要砥礪奮進(jìn)，為機(jī)械工業(yè)的騰飛發(fā)揮我們的光和熱。