【文章內(nèi)容簡介】 火燒傷 。磨削時(shí)，如果工件表面層溫度只是超過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種現(xiàn)象稱為 回火燒傷 。磨削時(shí)工件表面溫度超過相變臨界溫度 Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為 淬火燒傷 。 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量距表層距離Ⅰ ： 二次淬火層Ⅱ ： 高溫回火層Ⅲ ： 低溫回火層Ⅳ ： 正常組織2. 磨削燒傷的三種形式 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量3. 評(píng)定燒傷的方法 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化（ 1）觀色法 ：此法立足于不同性質(zhì)的燒傷組織具有不同的光學(xué)性質(zhì)（反射、干涉等），因而會(huì)在工件表面上呈現(xiàn)出不同的色彩。人們根據(jù)燒傷表面上看到的黃、褐、紫、青等燒傷顏色，便可鑒別它屬于哪一類燒傷。用觀色法所能鑒別的燒傷，其溫度多在 500℃ 以上。（ 2）酸洗法： 將已加工完的工件表面在 3%～ 5%的硝酸溶液中浸洗 30～ 40s后取出，在燈光下觀察，如果表面呈暗灰色則可判斷工件表面上無燒傷，如果表面呈黑色則說明工件已經(jīng)燒傷。（ 3）金相組織法： 通過一定的方法觀察和檢查表層金屬金相組織的變化來評(píng)定燒傷的情況。（ 4）顯微硬度法： 不同性質(zhì)的燒傷具有不同性質(zhì)的顯微硬度分布。第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量金相組織法第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量磨削燒傷檢測儀磁彈儀利用巴克豪森效應(yīng)檢測表面磨削缺陷和熱處理燒傷第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量1)砂輪轉(zhuǎn)速 ↑→ 磨削燒傷 ↑2)徑向進(jìn)給量 fp↑→ 磨削燒傷 ↑3)軸向進(jìn)給量 fa↑→ 磨削燒傷 ↓4)工件速度 vw　 ↑→ 磨削燒傷 ↓1)磨削時(shí)，砂輪表面上磨粒的切削刃口鋒利 ↑→ 磨削力 ↓→ 磨削區(qū)的溫度 ↓2)磨削導(dǎo)熱性差的材料 (耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼)↓→ 磨削燒傷 ↑3)應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和組織 → 磨削燒傷↓磨削用量砂輪與工件材料4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量采用內(nèi)冷卻法 → 磨削燒傷 ↓改善冷卻條件內(nèi)冷卻裝置1－錐形蓋 2－通道孔 3－砂輪中心孔 4－有徑向小孔的薄壁套4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量間斷磨削 → 受熱 ↓→ 磨削燒傷 ↓采用開槽砂輪 開槽砂輪4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的金相 組織變 化第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量1. 殘余應(yīng)力的定義定義： 機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力，這種應(yīng)力即為表面層的 殘余應(yīng)力 。 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的殘余 應(yīng) 力第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量冷塑性變形 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。熱塑性變形表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力金相組織變化切削過程產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層的相變，表面層金相變化的結(jié)果會(huì)造成體積的變化。表面層體積膨脹時(shí)因受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力；反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。2. 表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的殘余 應(yīng) 力第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的殘余 應(yīng) 力第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。 在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。 磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)系。磨削硬質(zhì)合金時(shí)，由于其脆性大，抗拉強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削合碳量高的淬火鋼時(shí)，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。 3. 磨削裂紋 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的殘余 應(yīng) 力第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱 態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。切削加工時(shí)起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。磨削加工時(shí)起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。4. 影響表面殘余應(yīng)力的主要因素 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 金屬的殘余 應(yīng) 力第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 強(qiáng) 化工 藝這里所說的表面強(qiáng)化工藝是指 通過冷壓加工方法使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。至于表面鍍鉻，以及其他表面化學(xué)熱處理等強(qiáng)化工藝，不屬于本課程的研究范圍，這里不做介紹。第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 強(qiáng) 化工 藝常用的冷壓強(qiáng)化工藝方法第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面 層 強(qiáng) 化工 藝典型的滾柱滾壓加工第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要問題。解決的 原則 ： 一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。 提高表面質(zhì)量的工藝途徑大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，以 減小表面粗糙度 ；另一類是著重改善工件表面的物理力學(xué)性能，以 提高其表面質(zhì)量 。 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量為了獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對(duì)加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤？刂票砻尜|(zhì)量常會(huì)增加加工成本，影響加工效率，所以對(duì)于一般零件宜采用正常的加工工藝保證表面質(zhì)量，就不必再提出過高要求。而對(duì)于一些直接影響產(chǎn)品性能、壽命和安全工作的重要零件的重要表面，就有必要加以控制了。以磨削為例，生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗(yàn)來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。 控制加工工 藝 參數(shù) 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定的壓力壓在工件的被加工表面上，并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低工件表面粗糙度和提高精度的工藝方法，一般用于粗糙度為 Ra。由于切削速度低、磨削壓強(qiáng)小，所以加工時(shí)產(chǎn)生很少熱量，不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，并在工件表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。如果加工余量合適，還可以去除磨削加工的變質(zhì)層。采用超精加工、珩磨工藝雖然比直接采用精磨達(dá)到要求的粗糙度要多增加一道工序，但由于這些加工方法都是靠加工表面自身定位進(jìn)行加工的，所以機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，而且大多設(shè)計(jì)成多工位機(jī)床，并能進(jìn)行多機(jī)操作，所以生產(chǎn)效率較高，加工成本較低。 采用適當(dāng)?shù)木庸づc光整加工方法作 為終 加工工序 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件，可以采用噴丸、滾壓、輾光等表面強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度，同時(shí)消除磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，因此可大大提高疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。借助強(qiáng)化工藝還可以用次等材料替代優(yōu)質(zhì)材料，以節(jié)約貴重材料。但是采用強(qiáng)化工藝時(shí)應(yīng)注意不要造成過度硬化，過度硬化會(huì)使表面層完全失去塑性性質(zhì)甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。因此，采用強(qiáng)化工藝必須控制好工藝參數(shù)以獲得要求的強(qiáng)化表面。 采用表面 強(qiáng) 化工 藝 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量1. 表面粗糙度的測定（比較法，光切法，干涉法，針描法）2. 冷作硬化的測定1）金相法將試件的側(cè)面制成金相磨片，腐蝕后放大 200—1000 倍，即可從其金相組織判斷硬化深度及程度。2） X光法將一束 X光線照射在金屬上 ,射線將在晶胞中反射出來，在光譜上得出許多成虛線的干涉圈。如果晶粒破碎或晶格扭曲變形時(shí)，則干涉圈變成實(shí)線；如果晶格參數(shù)有變化， 則干涉圈將產(chǎn)生位移，同時(shí)強(qiáng)度減弱，可用膠片記錄其結(jié)果。利用這一原理，先照出試件基體 X光譜，與加工層的 X光譜比較，用機(jī)械拋光或電拋光逐次去掉加工層，將所照 X光譜比較之，直至與基體一致，即可從機(jī)械拋光等去掉的厚度得到硬化深度。 表面 質(zhì) 量的 檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量2. 冷作硬化的測定3）測量顯微硬度法a、 HV值法：用機(jī)械拋光或電拋光逐層去除冷硬層，測量其顯微硬度，直至與基體相同為止，從去除的厚度可得到硬化深度。b、 硬化層深度 h：在試件的側(cè)面磨出金相磨片，從外向內(nèi)打顯微硬度，從其硬度變化得知硬化深度，如果硬化層很薄，則這種方法不行。c、 當(dāng)硬化層很薄時(shí)，可在斜切面上測量顯微硬度。一般斜切角 ε=0o30’～ 2o30’， h=Isinε，要注意斜切方向應(yīng)在縱向粗糙度上，即與主運(yùn)動(dòng)方向平行，斜切加工要用研磨、電加工等方法，避免在斜切面上產(chǎn)生加工硬化而影響測量效果。 表面 質(zhì) 量的 檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量2. 冷作硬化的測定4）脆性涂料法5）激光全息法6）再結(jié)晶法 表面 質(zhì) 量的 檢查 控制加工表面質(zhì)量的途徑第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量3. 金相組織變化的測定(1)氧化膜法磨削燒傷時(shí)，表面形成氧化膜，隨著燒傷時(shí)的溫不同，呈現(xiàn)不同顏色，從而可看出其燒程度。(2)顯微硬度法由于磨削燒傷時(shí)表層的顯微硬度有變化，故可從顯微硬度來測定燒傷的程度和深度。具體方法同上。(3)金相組織法同上(4)酸洗法