零部件表面磨削烧伤的检测方法

在机械类产品中，很多重要零部件，如轴承、齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销和万向节等，在热处理之后均需经过磨削加工。磨削时单位切削面积上的功率消耗远远超过其他加工方法，所转化的大部分热量会进入工件表面，因此容易引起加工表面金相组织的变化。在工艺参数、冷却方法和磨料状态选择不当的情况下，工件在磨削过程中极易出现相当深的金相组织变化层(即“回火层”)，并伴随出现很大的表面残余应力，甚至出现裂纹，这就是所谓的“磨削烧伤”问题。

磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，烧伤严重时还会出现裂纹。零部件的表面层烧伤将使产品性能和寿命大幅度下降，造成严重的质量问题，甚至根本不能使用。为此，生产企业一方面要通过执行正确、科学的工艺规范，减轻和避免出现磨削烧伤现象，另一方面还要加强对零部件的检验，及时发现不合格工件，并判断正在进行的磨削工艺状况。

淬火钢零件的磨削烧伤

淬火钢零件的磨削烧伤主要有两种形式：第一种是回火烧伤，第二种是淬火烧伤。

回火烧伤指当磨削区温度显著地超过钢的回火温度但仍低于相变温度时，工件表层出现回火屈氏体或回火索氏体软化组织的情况。

淬火烧伤。当磨削区温度超过相变温度Ac1时，工件表层局部区域就会变成奥氏体，随后受到切削液及工件自身导热的急速冷却作用而在表面极薄层内出现二次淬火马氏体，次表层则出现硬度大为降低的回火索氏体，这就是二次淬火烧伤。

以万向节十字轴为例，采用低碳合金钢渗碳淬火后轴颈表面硬度为58～64HRC，磨削加工后的轴颈表面不允许有烧伤。现有的磨削烧伤检测方法是：选择万向节十字轴试样，用线切割“纵截面”取样，胶木粉镶嵌，压制成金相样品，打磨、抛光切割面至镜面，用4%硝酸酒精腐蚀；在XJL217(4XC)倒置式光学金相显微镜下观察金相组织；采用HD21000显微硬度机在400倍金相显微镜下对各区域的组织进行观察，且测试显微硬度，载荷砝码300g，保持时间10s。对于检测结果若零件表层金相组织由正常的马氏体、残余奥氏体和碳化物局部转变为二次淬火的马氏体或高温回火的托氏体等情况时，则表明轴颈表面存在磨削烧伤现象。此方法检验周期长，操作程序繁杂，要求检验人员专业知识扎实，产品检测后无论是否合格都无法再使用。

此外，还可采用磁弹法检查零部件表面磨削烧伤，虽然方法更加专业，但却同样存在操作程序繁杂，要求检验人员专业知识扎实等问题。

检测方法与步骤

针对上述现有技术存在的问题，如何提供一种迅速、方便、实用且成本低的工件表面磨削烧伤检测方法？并且可以实时有效控制工件产品的质量，降低生产成本？通过反复的工艺试验，我们在工作实践总结归纳了一种最佳的技术方案，即一种工件表面磨削烧伤的检测方法，具体操作步骤如下：

1.将工件蒸汽处理后用无水乙醇清洗；

2.浸入①号溶液中搅拌20～30s（所述的①号溶液为体积浓度为3～5%的HNO3溶液）；

3.取出工件，放入流动的温水中搅拌漂洗15～60s，然后浸入无水乙醇中；

4.取出工件，浸入②号溶液中搅拌30～45s（所述的②号溶液为体积浓度为3～5%的盐酸乙醇溶液）；

5.取出工件，放入流动的温水中搅拌漂洗15～60s；

6.取出工件，浸入③号溶液中搅拌15～60s（所述的③号溶液为重量浓度为4～6%的NaOH溶液）；

7.取出工件，浸入水中20～45s；

8.取出工件，在烧伤观察灯下观察工件表面，若工件表面是均匀的非反射性灰色表面，则为未烧伤工件，其他情况则属于磨削烧伤工件。

试验研究表明，对工件进行适宜的处理后再放在烧伤观察灯下观察工件表面，可方便迅速地对工件是否出现磨削烧伤做出判断，从而保证对磨削加工工艺的监控和及时改进，降低磨削烧伤率。

通过大量研究后发现，采用上述的①号、②号和③号溶液对工件处理后，除了可以及时获得工件是否存在磨削烧伤的信息外，如果不存在磨削烧伤的工件，还可以再使用，从而降低生产成本。

上述步骤1中的蒸汽处理可去除工件表面绝大部分的油脂，无水乙醇可去除工件表面残存的油脂和水分。上述步骤中的搅拌没有特别要求，通常手工搅拌即可，主要是为了溶液均匀更好地达到处理效果。上述步骤中采用的水为自来水级别及以上即可。上述步骤8中的非反射性是指观察灯灯光下工件表面无光泽反射。

试用范围及注意事项

上述工件表面磨削烧伤的检测方法，不仅适用于万向节十字轴，也适合在轴承、齿轮、曲轴、凸轮轴和活塞销等在热处理之后均需经过磨削加工的工件。

检测工件前，将①号溶液搅拌均匀，然后将pH计放入①号溶液中停留3～5min，直到数值稳定为止，监控其pH值。操作中的蒸汽处理是利用饱和蒸汽的高温和外加高压，喷射清洗零件表面的油渍污物，并将其汽化蒸发的一种清洗设备。还可以清洗任何细小的间隙和孔洞，剥离并去除油渍和残留物，达到高效、节水、洁净、干燥且低成本的要求。其工艺参数为：蒸汽产额10.8kg/h，工作压力10kg/cm2，产热量32.217kJ/h。然后用无水乙醇清洗掉万向节十字轴表面的水分及残存的油脂。

步骤3和5中的流动的温水是指温度为（20±5）℃、流速为（25±5）L/min的水。采用流动的温水可以达到更好的清洗效果，利于下步工序的进行（此温度的温水既不伤及人体又可有效地清除溶液残渍，流速为本地供水状况确定的）。

检测方法中应测量及监控①号溶液pH值在0.18～0.47之间。实际操作中，保证①号、②号和③号溶液处于所需的浓度是非常关键的，更简便的方法是只需要监控①号溶液的pH值，当处于0.18～0.42之间即可。监控频率每2天1次即可，不符合要求需及时更换①号、②号和③号溶液。测量时将溶液搅拌均匀，pH计放入溶液中3～5min，直到稳定为止。烧伤观察灯是采用75W台灯。工件处理后采用普通的75W台灯，灯光下观察即可判断出是否存在磨削烧伤，简单方便。

其他情况包括回火型烧伤与二次淬火型烧伤。若工件表面出现暗褐色至黑色区域的为回火型烧伤，这说明在磨削加工过程中材料表面温度超过了正常的回火温度引起表面材料的软化，此为不合格品。若工件表面出现白亮区域且周围通常有异常的黑色回火区的为二次淬火型烧伤，这说明在磨削加工过程中表面温度超过了材料的临界温度，这种类型的烧伤通常对零件的疲劳寿命有害，此为不合格品。

磨削烧伤工件分为四类：Ⅰ类磨削烧伤工件是指在工件非关键表面的回火型烧伤表面覆盖率＜30%；Ⅱ类磨削烧伤工件是指在工件非关键表面的回火型烧伤表面覆盖率≥30%；Ⅲ类磨削烧伤工件是指在工件关键表面的回火型烧伤表面覆盖率＜30%；Ⅳ类磨削烧伤工件是指在工件任何区域存在可见的二次淬火型烧伤。其中，所述的非关键表面是指工件的非滚动接触区域，工件所有滚动接触的支承表面均为关键表面。磨削加工生产过程中，对于第Ⅰ类、第Ⅱ类磨削烧伤工件应通知操作员及巡检员，查找原因并进行磨削加工改进；对于第Ⅲ类、第Ⅳ类磨削烧伤工件应通知操作员、巡检员和质量主管，对烧伤工件隔离并交废品库，同时查找原因，提出改进措施，再次做磨削烧伤试验，确认合格后才能够进行磨削加工生产。

检测方法还包括将未烧伤工件浸入防锈水中。防锈采用本领域通用的技术，如采用质量浓度为8%的NaNO2溶液即可。

检测方法还包括将使用后的①号和②号溶液加入NaOH中和至pH值为7，然后再将中和后的溶液排入指定的排水沟或蒸发系统，以保护环境。