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磨削应力及裂纹产生的原因

 卢工

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曲轴的机械加工过程中,会产生残留应力,磨削加工也不例外,有关研究表明,它的残留应力是由塑变应力、热变应力及相变应力三部分构成。对于表面淬火的曲轴,特别是硬氮化的曲轴,表面是一层硬壳,硬度为HV≥420(HR15N≥82),硬则脆,脆极易产生裂纹。脆则塑性差,因此硬而脆的表面,产生塑性变形应力的可能性很小,可以不考虑。

磨削过程由摩擦、挤压及切削三过程组成。磨削过程中的摩擦和挤压剧烈时,它的能量绝大部分将转化为热能,其中传入工件的达到了80%,大量的热能使磨削区域的温度达到500℃-800℃,而磨粒的切削刃与切屑接触点的温度,瞬时值可达1000℃,传入工件的高温又集中于磨削部位的表层,表层温度高,里层温度低,表层及里层受热膨胀的体积大小因温度差不能同步,相互之间的牵制作用,形成了热变应力。对于表面硬度高的轴颈,这是磨削中残留应力的最主要部分。

磨削时的表层温度若超过720℃左右的相变温度时,表层组织要发生相变,不同的金相组织,其体积大小是不同的,体积的增大与缩小,与金相组织的类型有关,外层金相组织改变而内层不变,相互之间的牵制作用,形成了相变应力,若将磨削时的表层温度控制在720℃范围内,不产生相变,也就不会形成相变应力。

当磨削时表层温度超过相变温度720℃时,在温度剧升和相变的双重因素作用下,表层的体积向外膨胀,沿周边伸长,温度向内层传递较慢,里层温度低,膨胀也慢,它阻碍外层膨胀,使外层在周边上不能伸长,造成外层的压应力,这时不会产生裂纹。当磨削液使工件冷却时,表层迅速收缩,这时里层温度变化不大,不能同步收缩,里层对表面极薄层收缩的阻碍作用,形成表层的拉应力,使表层开裂,出现裂纹。总之,拉应力产生裂纹,压应力有利于提高工件的疲劳强度。

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