【正文】 表面層回火，表層組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度增加，由 ?馬 增大到 ?珠，比容積由 V減小到 V△V ，因此表面層產(chǎn)生的收縮受到基體組織的阻礙，就產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。表面層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度從10 3kg/m3增至 10 3kg/m3。滲碳、滲氮時如果工藝不當(dāng)，就會在表面層晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物，當(dāng)磨削時在熱應(yīng)力作用下，就容易沿著這些組織發(fā)生脆性破壞，而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。磨削含碳量高的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削裂紋的產(chǎn)生 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能圖 磨削裂紋機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 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。 磨削裂紋一般很淺（ ~.050mm），大多數(shù)垂直于磨削方向或成網(wǎng)狀（磨螺紋時有時也有平行于磨削方向的裂紋），如圖 。 當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時，零件表面就會出現(xiàn)裂紋。 具體的情況則看其對切削時的塑性變形、切削溫度和金相組織變化的影響程度而定。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能影響殘余應(yīng)力的主要工藝因素：刀具的前角刀具的前角切削速度切削速度工件材料的性質(zhì)和冷卻潤滑液。中等磨削條件產(chǎn)生淺而大的拉應(yīng)力。磨削時表面層殘余應(yīng)力歲磨削條件不同而不同，圖 生的表面層殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 實(shí)際機(jī)械加工后的表面層殘余應(yīng)力及其分布，是上述三方面因素綜合作用的結(jié)果，在一定條件下，其中某一或二種因素可能起主導(dǎo)作用。 由于不同的金相組織有不同的比容，表面層金相變化的結(jié)果將造成體積的變化。最后冷卻時，第 1層繼續(xù)收縮，拉應(yīng)力進(jìn)一步增大，而第 2層熱膨脹全部消失，完全由第 1層的收縮而形成一個不大的壓應(yīng)力，第 3層拉應(yīng)力消失，而與第 2層一起受第 1層的影響，也形成一個不大的壓應(yīng)力。開始冷卻時，當(dāng)?shù)?1層冷到塑性溫度以下，體積收縮，但第 2層阻礙其收縮，第 1層中產(chǎn)生拉應(yīng)力，第 2層中的壓應(yīng)力增加。圖 力的示意圖。沿切削速度方向表面產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長，金屬密度會下降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。影響磨削加工時金相組織變化的因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 在機(jī)械加工中，工件表面層金屬相對基體金屬發(fā)生形狀、體積的變化或金相組織變化時，工件表面層中將殘留相互平衡的殘余應(yīng)力。由于磨削區(qū)溫度高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，低于相變溫度而使表面層馬氏體回火產(chǎn)生回火燒傷。影響磨削加工時金相組織變化的因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能圖 磨削高碳淬火鋼時表面的硬度分布機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 當(dāng)磨削深度小于 10μm時，由于溫度的影響使表面層的回火馬氏體產(chǎn)生弱化，并與塑性變形產(chǎn)生的冷作硬化現(xiàn)象綜合而產(chǎn)生了比基體硬度低的部分，而表面的里層由于磨削加工中的冷作硬化起了主導(dǎo)作用而又產(chǎn)生了比基體硬度高的部分。影響磨削加工時金相組織變化的因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 工件材料為 低碳鋼 時不會發(fā)生相變； 高合金鋼 如軸承鋼、高速鋼、鎳鉻鋼等傳熱性特別差，在冷卻不充分時易出現(xiàn)磨削燒傷。③ 退火燒傷 不同冷卻液進(jìn)行干磨削時，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，這時工件表層被退火。 例如在磨削過程中由于采用過大的磨削用量，造成了很深的燒傷層，以后的無進(jìn)給磨削中磨去了表面的燒傷色，而未能除去燒傷層，則留在工件上的燒傷層就會成為使用中的隱患。 不同的燒傷色表示受到不同溫度的作用與產(chǎn)生不同的燒傷深度。 這樣大的加熱速度，促使加工表面局部形成瞬時熱聚集現(xiàn)象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)金相組織的變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋，這就是 磨削燒傷現(xiàn)象磨削燒傷現(xiàn)象 。磨削時，在很短的時間內(nèi)磨削區(qū)溫度可上升到 400~1000186。影響冷作硬化的主要因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能機(jī)械加工后表面層金相組織的變化 磨削加工時切削力比其它加工方法大數(shù)十倍，切削速度也非常高，所以功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它切削方法。但在進(jìn)給量較小時，由于刀具的刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，因此硬化傾向也會增大。影響冷作硬化的主要因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能③ 切削用量 切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減少，同時會使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，所以硬化層深度和硬度都有所減少。前角減少時，冷硬也增大。 因此對高溫下工作的零件，能保證疲勞強(qiáng)度的最佳表面層是沒有冷硬層或者只有極?。?10~20μm）冷作硬化的表面層。冷作硬化產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 機(jī)械加工時表面層的冷作硬化就是 強(qiáng)化作用和回復(fù)作用的綜合結(jié)果。 力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大； 速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??； 變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復(fù)程度。冷硬的指標(biāo) : 通常用冷硬層的深度 h、表面層的顯微硬度 H以及硬化程度 N來表示（ 圖 ），其中 N=H/H0， H0為原來的顯微硬度。機(jī)械加工后的表面粗糙度機(jī)械加工后表面層的冷作硬化 切削或磨削加工時，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強(qiáng)化。機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 另外，引起磨削表面粗糙度增大的主要原因還往往是 工藝系統(tǒng)的振動 所致。通常在磨削過程開始時采用較大的徑向進(jìn)給量，以提高生產(chǎn)率，而在最后采用小徑向進(jìn)給量或無徑向進(jìn)給量磨削，以降低粗糙度值。④ 工件速度 工件速度越大，單個磨粒的磨削厚度就越大，單位時間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值增大。② 砂輪的修整 砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪工作表面上的等高微刃 （圖 ） 就越多，因而磨出的工件表面粗糙度值也就愈低。磨削量是經(jīng)過很多后繼磨粒的多次擠壓因疲勞而斷裂、脫落，所以加工表面的塑性變形很大，表面粗糙度值越大。 從物理因素看，大多數(shù)磨粒只有滑擦、耕犁作用。 圖 塑性材料加工后表面的實(shí)際輪廓和理論輪廓機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度影響因素可歸納為三方面： 與磨削過程和砂輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾何因素 與磨削過程和被加工材料塑性變形有關(guān)的物理因素 工藝系統(tǒng)的振動因素機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 從幾何因素看，砂輪上磨粒的微刃形狀和分布對于磨削后的表面粗糙度是有影響的。韌性越好的材料塑性變形越大，且容易出現(xiàn)積屑瘤與鱗刺，使粗糙度嚴(yán)重惡化。 主要是與被加工材料的性能及切削機(jī)理有關(guān)的物理因素的影響。理論上的最大粗糙度 Rmax可由刀具形狀、進(jìn)給量 f，按幾何關(guān)系求得。零件表面經(jīng)過加工后，表面層的物理、機(jī)械、冶金和化學(xué)性能都變得和基體材料不同了。 零件表面層狀態(tài)對其使用性能有如此大的影響是因?yàn)椋撼惺茌d荷應(yīng)力最大的表面層是金屬的邊界，機(jī)械加工后破壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某些機(jī)械性能。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對零件的其它影響 表面質(zhì)量對零件的 配合質(zhì)量、密封性能及摩擦系數(shù) 都有很大的影響。零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生 應(yīng)力腐蝕 ，若有裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響 零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生 化學(xué)腐蝕 ，或在凸峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起 電化學(xué)腐蝕 ，故抗腐蝕性能越差。而殘余拉應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋而降低疲勞強(qiáng)度。 表面層的內(nèi)應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響很大。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強(qiáng)度。 加工紋路方向 對疲勞強(qiáng)度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度將顯著降低。 鋼件對應(yīng)力集中敏感，鋼材的強(qiáng)度越高，表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響越大。