蝸桿是機床回轉(zhuǎn)部件中的重要零件,，工作時蝸桿螺旋表面與蝸輪齒面相對滑動,，容易發(fā)生磨損,，因此蝸桿常用滲碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理，以獲得較高的硬度，防止蝸桿螺旋表面發(fā)生磨損。蝸桿類零件的精度要求很高，加工工藝復(fù)雜,、工序長，如在加工過程中出現(xiàn)問題,，將造成重大損失,。我公司一種蝸桿零件在磨削加工時出現(xiàn)磨削裂紋，導(dǎo)致零件報廢,，嚴重影響了生產(chǎn)進度,。
1.蝸桿材料及主要工藝流程
此蝸桿材料為20CrMnTiH，形狀如圖1所示,，熱處理要求為滲碳淬火,，滲碳層深1.1～1.5mm，淬火后表面硬度58HRC,。
圖 1
蝸桿加工工藝流程：下料→鍛造→正火→粗車→除應(yīng)力→精車→滲碳→螺紋處去碳→淬火→粗磨→無損檢測→時效→精磨,。
熱處理過程：鍛件正火→滲碳→淬火→低溫回火→矯直→除應(yīng)力→低溫時效。熱處理工藝過程曲線如圖2所示,。
圖 2
滲碳淬火后,，經(jīng)檢驗碳化物1級，滲碳層深1.32mm,，表面硬度59～60HRC,。
2.裂紋現(xiàn)象描述
粗磨后蝸桿齒面出現(xiàn)磨削裂紋,，裂紋極細,，直線狀，深度較淺,，形態(tài)為通常所說的“發(fā)紋”,，裂紋不平行，呈散射線狀,，如圖3所示,。
圖 3
3.磨削裂紋產(chǎn)生原因分析
磨削裂紋與一般淬火裂紋明顯不同，淬火裂紋粗而深,，數(shù)量少,；磨削裂紋只發(fā)生在磨削面上，數(shù)量較多,，深度較淺,，且深度基本一致,。較輕的磨削裂紋垂直于或接近垂直于磨削方向呈條狀裂紋。此蝸桿齒面是螺旋狀曲面,，磨削方向如圖3中箭頭所示,，裂紋垂直于磨削方向，符合磨削裂紋的特征,。
熱處理后的零件在磨削加工時,，由于砂輪變鈍未及時修整、磨削深度過大以及冷卻不充分等原因,，可使磨削區(qū)內(nèi)瞬間高溫達到400～1500℃,，從而發(fā)生磨削燒傷和磨削裂紋，引起零件表面組織,、顯微硬度,、殘余應(yīng)力、力學(xué)性能等發(fā)生變化,。
磨削裂紋的形成與工件硬度有關(guān),，硬度小于55HRC的工件雖可能發(fā)生燒傷，但產(chǎn)生磨削裂紋的情況極少,，60HRC以上的工件,，都會使磨削裂紋發(fā)生的可能性大為增加。該零件實測硬度59～60HRC,，大大增加了產(chǎn)生磨削裂紋的傾向,。一方面，磨削條件不當(dāng)或磨削不規(guī)范時,，被磨削的表面首先會形成一個個較強烈的燒傷中心,，造成不均勻的熱應(yīng)力，在交替的高溫與急冷下應(yīng)力值漸增,，應(yīng)力超過材料的強度極限時,，被磨削的表面就會產(chǎn)生裂紋。另一方面,，表層滲碳淬火組織中的殘留奧氏體,，在磨削時受強烈的磨削熱的影響及冷卻液的冷卻，將會轉(zhuǎn)變?yōu)樾律鸟R氏體,，引起零件表面局部體積膨脹,，加大了零件表面拉應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力集中,，繼續(xù)磨削則容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生,。此外，新生的馬氏體脆性較大，磨削也容易加速磨削裂紋的產(chǎn)生,。
此蝸桿螺旋表面在磨削時,，砂輪與零件的接觸面積較大，一方面產(chǎn)生的磨削熱大,，另一方面冷卻液也不容易進入磨削區(qū)域?qū)δハ髅孢M行有效降溫,，因此蝸桿螺旋表面由于磨削而產(chǎn)生的熱量，足以使磨削表面薄層重新奧氏體化,，隨后再次淬火成為淬火馬氏體,；表面層的殘留奧氏體也會在急熱急冷的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使表面層產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力,，再加上磨削所形成的熱量使零件表面薄層的溫度升高極快,，這種組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加就會導(dǎo)致磨削表面出現(xiàn)磨削裂紋。
從以上分析知道,，產(chǎn)生磨削裂紋的根本原因在于有應(yīng)力存在,，要防止發(fā)生磨削裂紋，就要減少和消除零件表面的各種應(yīng)力,。
4.磨削裂紋的防止措施
（1）熱處理方面
殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變增加了零件表面的組織應(yīng)力,，因此，應(yīng)降低殘留奧氏體的含量,。過高的淬火溫度使淬火后殘留奧氏體量增加,，可適當(dāng)降低淬火溫度，淬火溫度由原先840℃降低至820℃,，減少殘留奧氏體的形成,；同時增加-60℃×2h的冰冷處理，促使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,，并在隨后的低溫回火中轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火馬氏體組織,，防止磨削時產(chǎn)生組織應(yīng)力。粗精磨之間的低溫時效時間由8h延長至12h,，充分消除磨削造成的應(yīng)力,。
（2）磨削工藝方面
磨削裂紋的產(chǎn)生是因為磨削熱所致，所以降低磨削熱是解決磨削裂紋的關(guān)鍵,。原磨削工藝已分粗精磨,，現(xiàn)在選用粒度較粗的軟砂輪進行粗磨，及時清除砂輪表面積屑,，減少磨削深，增加磨削次數(shù),，減小工作臺速度,，可以降低磨削熱。然后再用粒度細的砂輪進行精磨（磨削深較淺）,，同時增大冷卻液流量,，對磨削表面充分冷卻,，防止磨削區(qū)升溫過快而產(chǎn)生熱應(yīng)力。
5.結(jié)果
改進后的熱處理工藝曲線如圖4所示,，熱處理后滲碳層深度,、碳化物、表面硬度檢驗均正常,。
圖 4
選用較為鋒利的砂輪,，及時修整砂輪，保持砂輪鋒利,，也是一種簡單易行的減少磨削裂紋的措施,。改進后蝸桿磨削正常，再沒有磨削裂紋現(xiàn)象發(fā)生,，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進度,。