加工表面金相组织变化与磨削烧伤的优化方法

1．金相组织变化的产生

机械加工过程中，在加工区由于加工时所消耗的能量绝大部分转化为热能而使加工表面温度升高，当温度升高到金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织的变化。

金相组织的变化主要发生在磨削过程中。磨削时，磨粒在很高速度下以较大的负前角进行切削，切除单位体积金属所消耗的能量为车削的几十倍，这些消耗的能量大部分转化为热能。由于切屑非常少，砂轮的导热能力差，因此磨削热大部分（80%以上）传递给工件，造成工件表面局部高温，超过了钢铁材料的相变温度，引起表面层金相组织的变化，同时表面层呈现黄、褐、紫、青等不同颜色的氧化膜（因氧化膜厚度不同而呈现不同的颜色），这种现象又称磨削烧伤。

磨削淬火钢时，磨削烧伤主要有三种形式：

1）回火烧伤。磨削区温度超过马氏体转变温度（一般中碳钢为720℃），表层中的淬火马氏体发生回火而转变成硬度较低的回火索氏体或托氏体组织。

2）退火烧伤。磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，当不用切削液进行磨削时，冷却较缓慢，使工件表层退火，硬度急剧下降。

3）淬火烧伤。与退火烧伤情况相同，但充分使用切削液时，工件最外层刚形成的奥氏体因急冷形成二次淬火马氏体组织，硬度比回火马氏体高，但很薄（仅几微米），其下层为硬度较低的回火组织，使工件表层总的硬度仍是降低的。

2．影响磨削烧伤的因素(www.xing528.com)

磨削烧伤是由磨削时工件表面层的高温引起的，而磨削温度取决于磨削热源强度和热作用时间，因此影响磨削温度的因素对磨削烧伤均有一定程度的影响。

1）磨削用量。实践表明，增大磨削深度，磨削力和磨削热也急剧增加，表面层温度将显著增加，容易造成烧伤，故磨削深度不能太大。

当工件速度增大时，工件磨削区表面温度将升高，但上升的速度没有增大磨削深度时那么大，这是因为当工件速度增大时，单颗磨粒与工件表面的接触时间少，这些因素又降低了表面层温度，因而可减轻烧伤。但提高工件速度会导致表面粗糙度值的增大，可考虑用提高砂轮速度来解决。实践表明，同时提高工件速度和砂轮速度可减轻工件表面烧伤。

当工件纵向进给量增加时，磨削区温度下降，可减轻磨削烧伤。这是因为增加进给量使砂轮与工件表面接触时间相对减少，故热作用时间减少而使整个磨削区温度下降。但增加进给量会增大表面粗糙度，可通过采用宽砂轮等方法来解决。

2）砂轮的选择。砂轮磨料的种类、砂轮的粒度、结合剂种类、硬度及组织等均对磨削烧伤有影响。硬度太高的砂轮，磨削自锐性差，使磨削力增大，易产生烧伤，因此应选较软的砂轮为好；选择弹性好的结合剂（如橡胶、树脂结合剂等），磨削时磨粒受到较大磨削力，可以产生一定的弹性退让，减小了磨削深度，从而降低了磨削力，有助于避免烧伤；砂轮中的气孔对消减磨削烧伤起着重要作用，因为气孔既可以容纳切屑使砂轮不易堵塞，又可以把切削液或空气带入磨削区使温度下降，因此磨削热敏感性强的材料，应选组织疏松的砂轮，但应注意，组织过于疏松、气孔过多的砂轮，易于磨损而失去正确的形状。另外，在砂轮上开槽，变连续磨削为间断磨削时，工件和砂轮间断接触，改善了散热条件，工件受热时间短，可以减轻烧伤。

3）冷却条件。采用适当的切削液和冷却方法，可有效避免或减小烧伤，降低表面粗糙度。常用的切削液有切削油、苏打水和乳化液。切削油润滑效果好，可使表面粗糙度减小；苏打水冷却效果好；乳化液既能冷却冲洗，又有一定的润滑作用，故用得较多。由于砂轮的高速回转，表面产生强大的气流，切削液很难进入磨削区，如何将切削液送入磨削区内，是提高磨削冷却润滑的关键。因此，常采用内冷却的砂轮。如图6-10所示，经过过滤的切削液通过中空主轴法兰套引入砂轮中心腔3 内，由于离心力的作用，切削液通过砂轮内部的孔隙甩出，直接进入磨削区进行冷却，解决了外部浇注切削液时切削液进不到磨削区的难题。

4）工件材料。工件材料对磨削区的影响主要取决于它的硬度、强度、韧性等力学性能和热导率。力学性能越好，磨削力越大，发热就越多。工件硬度若过低，切屑易堵塞砂轮，也容易产生烧伤；导热性较差的材料，磨削区温度高，易产生烧伤。