經熱處理淬火的碳素工具鋼零件，在磨削時與磨削方向基本垂直的表面常常出現(xiàn)大量的較規(guī)則排列的裂紋，它不僅影響零件的外觀，而且更重要的是直接影響零件的質量。

       為了使零件獲得較好的表面質量、較高的精度，大多數(shù)零件都會采用磨削加工。近年來，轉包零件有大量齒輪、軸類零件，很多都要求進行淬火處理，之后再進行磨削，但在磨削過程中，常常出現(xiàn)磨削裂紋，嚴重影響了工件質量，甚至出現(xiàn)報廢現(xiàn)象，對零件的準時交付產生了負面影響。

       磨削是砂輪表面的磨粒對工件表面的切削、劃溝和滑擦的綜合作用過程，加工過程中同時參與切削運動的顆粒多，能切除極薄極細的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產中得到了廣泛的應用。目前常見的磨削方法主要有外圓磨削、內孔磨削和平面磨削3種。

       外圓磨削可以在普通外圓磨床、萬能外圓磨床或無心磨床上進行，通常作為半精車后的精加工。在實際應用中，外圓磨削的常用方法主要有以下4種。

（1）縱磨法 磨削時，工件作圓周進給運動，同時隨工作臺作縱向進給運動，使砂輪能磨出全部表面。每一縱向行程或往復行程結束后，砂輪作一次橫向進給，把磨削余量逐漸磨去。可以磨削很長的表面，磨削質量好。特別是在單件、小批生產以及精磨時，一般都采用縱磨法。

（2）橫磨法（切入磨法） 工件無縱向進給運動。采用一個比需要磨削的表面還要寬一些（或與磨削表面一樣寬）的砂輪，以很慢的進給速度向工件橫向進給，直到磨掉全部加工余量。橫磨法主要用于磨削長度較短的外圓表面以及兩邊都有臺階的工件。

（3）深磨法 特點是全部磨削余量（直徑上一般為0.2~0.6mm）在一次縱走刀中磨去。磨削時，工件圓周進給速度和縱向進給速度都很慢，砂輪前端修整成階梯形或錐形。深磨法的生產率約比縱磨法高一倍，精度能達到IT6級，表面粗糙度值Ra為0.4~0.8mm。但修整砂輪較復雜，只適用于大批量生產、磨削允許砂輪越出被加工面兩端較大距離的工件。

（4）無心外圓磨削法 工件放在磨削砂輪和導輪之間，下方有一托板。磨削砂輪（也稱為工作砂輪）旋轉，起切削作用。導輪是磨粒極細的橡膠結合劑砂輪。工件與導輪之間的摩擦力較大，從而使工件以接近于導輪的線速度回轉。無心外圓磨削在無心外圓磨床上進行。無心外圓磨床生產率很高，但調整復雜，不能校正套類零件孔與外圓的同軸度誤差，不能磨削具有較長軸向溝槽的零件，以防外圓產生較大的圓度誤差。因此，無心外圓磨削多用于細長光軸、軸銷和小套類等零件的大批量生產。

       轉包零件多數(shù)都通過熱處理的方式來滿足技術要求，隨后要進行車削或磨削加工處理，得到符合要求的成品零件。尤其是經過化學熱處理后并進行淬火的零件，必須對其表面進行加工，其中外圓磨削是常用的加工工藝。但常因加工不當而出現(xiàn)磨削裂紋，一般發(fā)生于淬火后應力過大或未及時回火，以及回火不充分（不足）或殘余奧氏體過多時。即使在正常條件下進行磨削，也會造成磨削裂紋的產生。

       磨削裂紋在零件的研磨表面可用肉眼或磁粉探傷發(fā)現(xiàn)，通常有3種類型：呈現(xiàn)為細小網絡狀分布的裂紋；裂紋呈細小長條狀，并與砂輪進給方向呈交叉分布；呈細小點狀分布，類似蠕蟲等。垂直于裂紋切開進行金相分析，一般會發(fā)現(xiàn)表面有一層黑色的回火層，如磨削壓力過大，則會產生一層白色硬化層，裂紋的深度在回火層內，與表面裂紋垂直，在尖角處呈交叉狀。

       圖1為磨削裂紋的兩種形態(tài)。淬火零件在最后的磨削過程中，如果因磨削參數(shù)選擇不當，如磨削砂輪過硬、磨削量過大及冷卻條件不良等，造成砂輪在磨削過程中隨著磨削熱的產生而升溫，在100℃時表面發(fā)生第一次收縮，但零件的內部仍處于膨脹狀態(tài)，因此表層受張應力的作用，發(fā)生龜裂（見圖1a），裂紋與磨削進給方向垂直，呈平行線狀，深度在0.1~0.2mm。當表面的磨削溫度達到300℃時，將發(fā)生第二次收縮，表面呈現(xiàn)網狀裂紋（見圖1b）。裂紋的檢測采用熱酸蝕法，由于其顯微組織為托氏體或索氏體，因此嚴格控制磨削工藝參數(shù)、對零件的表面在應該冷卻時進行充分冷卻，并及時修正砂輪等，則完全可以避免磨削裂紋的產生。

       轉包客戶MOOG的某零件，材料為440C馬氏體型不銹鋼，硬度高，加工難度大。熱處理后硬度達到58~65HRC，熱處理過程中基體產生較大的組織應力。工藝規(guī)程中30工序為精加工磨床工序，采用兩頂?shù)姆绞竭M行磨削，磨削過程中有嚴重磨削裂紋現(xiàn)象發(fā)生，導致零件返工或者報廢。

       磁粉探傷顯示出現(xiàn)的磨削裂紋如圖2所示，磨削裂紋的方向必定與磨削方向垂直，其形狀呈龜裂或龜甲狀，而淬火裂紋只是呈斷裂形狀。由于兩種裂紋產生的原因不同，因此其形態(tài)不同。磨削裂紋如圖3所示，淬火裂紋如圖4所示。

圖2 磁粉探傷顯示出現(xiàn)的磨削裂紋

a）平行線狀

b）龜甲狀
圖3 磨削裂紋

圖4 淬火裂紋

       淬火裂紋發(fā)生在截面尺寸急劇變化的部位、呈尖銳凹凸形的凸角處及有孔洞的部位等，此外，打標記及刻印所引起的裂紋也可斷裂發(fā)展為淬火裂紋。轉包生產中也遇到過淬火裂紋，客戶EATON的某零件材料也是440C，在淬火、冷處理和回火處理后，基體產生較大的組織應力，當淬火溫度偏高時，由于碳化物的溶解更充分，因此在淬火冷卻過程中，奧氏體向馬氏體轉變的過程中將產生更大的組織應力；同時由于淬火后未按照標準要求在30min之內轉冷處理，冷處理后未在10min之內回火等不當操作，會使零件的組織應力不能得到及時的消除，因此零件在內部組織應力的作用下會產生淬火裂紋（見圖5）。

a）目視檢查缺陷

b）微觀顯示

圖5 淬火裂紋

       磨削裂紋的特征為裂紋細而淺，呈龜裂狀或較有規(guī)則地排列成輻射狀，垂直于磨削方向，嚴重地呈網狀裂紋。龜裂狀磨削裂紋如圖6所示，其產生的原因如下。

a）微觀顯示

b）局部放大

圖6　龜裂狀磨削裂紋

1）零件磨削溫度達到150~200℃時，馬氏體分解，零件表層的體積縮小，而內部未受熱，使表層承受拉應力而開裂。當磨削溫度達到200℃以上時，表層變?yōu)樗魇象w或托氏體組織，表層又發(fā)生體積的收縮，表層的拉應力超過了脆斷抗力，零件表面出現(xiàn)龜裂。

2）當磨削后的表面溫度在800~900℃時，其溫升速度達到600℃/s，如冷卻不充分，磨削產生的熱量足以使零件的表面薄層重新加熱到奧氏體狀態(tài)，再次進行淬火處理，形成了淬火馬氏體，造成體積的膨脹。

3）表層中有殘余奧氏體轉變?yōu)榇嘈缘鸟R氏體組織。由于磨削形成的熱量使零件的表面溫度升高，此時產生的磨削拉應力、組織應力和熱應力共同作用，最終導致了磨削裂紋的產生。經過分析，確定裂紋是磨削裂紋后，要進一步判斷和確定是砂輪的磨削工藝不當，還是零件本身的組織不良或回火不足等原因造成的。要對裂紋附近的組織進行深入的檢查，首先是有無粗大的滲碳體網絡，其次是有無過多的殘余奧氏體，有無表面磨削燒傷等，這樣可得出正確的結論。

       磨削燒傷是指零件表面因為冷卻不良或磨削量過大，造成零件表面出現(xiàn)退火現(xiàn)象。其檢查方法為酸腐蝕檢測，如腐蝕面混有明亮斑點（馬氏體組織）或暗斑點（托氏體或索氏體組織），則表明表面已經燒傷。一旦出現(xiàn)這種缺陷，將造成表面硬度不均，零件的耐磨性和強度明顯降低，甚至會出現(xiàn)廢品，無法滿足零件的工作要求，因此在零件的實際磨削過程中，這是絕對不允許的。熱處理后的零件在后續(xù)的磨削加工過程中，因為磨削不當均會出現(xiàn)磨削退火和產生磨削裂紋，不同粒度的砂輪對不同材料、不同硬度的零件，可能產生不同類別的磨削裂紋。

       零件在磨削過程中表面發(fā)熱，隨后進行快速冷卻（激冷）是造成零件表面開裂的主要原因，通常是砂輪長久磨削后，零件表面被砂粒和金屬屑堵塞，表面產生嚴重的發(fā)熱，瞬間溫度在850℃以上，達到淬火加熱溫度，激冷后產生表面淬火，造成淬火開裂。磨削熱是砂輪與零件接觸下產生的，它同砂輪的種類、粒度和零件的材質等有直接的關系，零件硬度提高，則硬質碳化物的數(shù)量增多，造成熱導率降低，因此磨削熱量使零件的表面溫度升高，例如高碳鋼或含有鉻、鉬等的合金鋼，在磨削過程中如參數(shù)選擇不當，則很容易造成磨削裂紋的產生。