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摘要：从零件加工过程中详细分析机械加工和烧伤的因果关系，明确机加工是引起零件异常回火，再硬化的主要原因，分析机械加工中不希望的加热源的产生机理，不同速度的冷却过程对烧伤长生的影响，以及砂轮对热产生的分析，最终提出酸洗检验方法，验证了所提出技术的有效性，明确烧伤的分类及影响，烧伤产生的的主要原因。
关键词：烧伤；加热源；机械加工；酸洗检验
1、烧伤的定义
最终的热处理之后，由于错误的磨削或机械加工，零件表面产生过热，导致表面组织发生变化（二次淬火和二次回火）。
2、机械加工和烧伤
①机加工是引起零件异常回火，再硬化/重淬火的主要原因，由于不正确的磨削或飞刀切削操作，由此产生过热和燃烧导致材料金相组织发生变化，磨削高温回火可导致钢的硬化，出现点，线或遍布整个表面，表现为零件表面脱碳/软化。
②如果制造过程中产生足够的热（任何高于回火温度），如果冷却过于缓慢，将会引起表面软化从而低于要求的硬度。相反地，如果冷却过于迅速，金属可能重新硬化从而高于要求的硬度。在这种情况下，零件重新硬化将明显地变碎，因为重新硬化区域产生了局部高的应力，并且这种应力无法释放。硬化的钢韧性下降或容易开裂或断裂，因此重新硬化区域是反映硬度变化的一种迹象。这些硬度变化将会导致零件表面有高拉伸应力，如果某个指定区域应力过高，它们可能接近或超过材料的断裂强度而在磨削中产生表面裂纹，或者可能发生在磨削加工之后。当裂纹发生在磨削之后是由于残余应力的原因。这些裂纹产生与磨削轮转动方向成斜角或交叉从而演变成一个棋盘形图案。
③重新硬化/二次淬火被认为是一个危险的信号。即使所有过烧的痕迹在最终操作中被清除掉，但它也将由于过热残留在基体中以及淬火而残留在金属表面以下，当某处与磨削砂轮接触而被迅速加热到一个很高的温度。该处热的地方不能平行扩展到零件表面因为周围冷的金属太坚硬不成形率比经过加热的软金属大得多，因此它垂直扩展到零件的表面（如直到表面），导致细微的波痕或膨胀。
④通过零件表面接触磨削砂轮或切削刀具过热而产生应力和过烧。金属通过采用锋利的边界或成一个切削的角度而使其移除最有效率。因为切削晶粒的角度不能在磨削砂轮中所控制，使用飞刀切削更有效率。使用飞刀切削在切除相同数量材料时产生的热较少。飞刀切削移除长带状的材料（大多数的热集中在带状的材料中），尽管磨削砂轮一次移除的脆屑更多。同时飞刀切削方法可以形成更好的表面条件。
⑤在切割过程中热的产生总是不可避免的，但也有研磨或磨擦生热，是因为使用钝的砂轮。砂轮由于在平滑区域上切割晶粒或施加载荷而变钝，通过使用钝的砂轮而产生的热是一种能量损耗的过程。钝的砂轮在平滑区域上研磨总是比那些接触锋利边缘或拐角的锋利的砂轮产生更多的热，钝的砂轮的末端不会做出切割的运动但却会创造大量的热。金属将会吸收这些热相当于刹车运动。
⑥即使当磨削晶粒是非常锋利的，如果砂轮被“加载荷”摩擦生热仍旧会发生。载荷使金属粒子附着在轮子表面，导致“金属与金属“的接触而产生过多的热。
⑦有证据表明不同的冷却液或冷却油能影响砂轮的功用。冷却液不正确的使用容易过烧而使砂轮变钝。冷却液吸收热，冷却零件的机加表面同时也润滑切削表面而使切削变得更容易，从而保持刀具的锋利更加长久。
⑧一个重要的因素去避免伤害切削表面是选择正确级数的砂轮。过硬的砂轮将会过烧使工作区域表面产生裂纹，而太软的砂轮则会迅速地磨损。精磨硬质钢零件最好选择最硬的但又不会伤害零件的砂轮。
⑨虽然不正确的磨削是引起烧伤的一个主要原因，迟钝或者不正确的安装切削工具比如硬质合金刀头也同样导致烧伤和重新硬化，这些将更深地渗入到零件中由于过多热量的产生。差不多热的地方变凉并开始收缩到正常的尺寸，但不能完全收缩。在淬火表面和回火材料影响下的应力是非常高的。当应力高于合金强度时，它在应力状态下开裂，这通常被认为是“淬火裂纹”，注意在这里所说的尺寸变化指的是微观尺寸，有时甚至小于表面光洁度的尺寸，所以不能被测量但必定会间接地推出别的证据。零件表面可能完全摆脱裂纹，也可能包含非常高的残余应力。这些应力相对零件的应用来说太高了，这种高的残余应力能引起过早失败，特别是当零件被循环加载时。
3.检验方法的研究
① 因为异常回火产生材料硬度的不均匀，有应力的零件可在硬度测试中被发现，但这种方法是费力的和低效的，不能满足于生产。幸运的是有一种简单高效的方法去检测过度硬化和异常回火烧伤，及评估它的严重性。一种腐蚀工艺叫做表面烧伤检验显示在全部的硬质钢，碳素钢和高速钢上的软化和过硬化现象。
②酸洗检验技术对零件基体表面进行腐蚀，观察腐蚀产生的颜色变化，由于过度磨削导致回火区域腐蚀后颜色比表面未受影响的区域更暗。当然由于磨削加热和不正确的热处理引起，表现为可见的燃烧色（暗青色）被加工掉后，还是有可能被发现的。最简单的方法是在硝酸溶液中腐蚀该材料一段特定的时间，依材料特性而定。颜色对比将出现在异常烧伤区域和正常满意的区域。提高腐蚀的灵敏度和对比度是通过紧跟着在弱盐酸溶液中进行二次腐蚀来得到。
③可能把表面烧伤检验作为一种无损检测方法不够准确，因为其实它的表面是被腐蚀了的。虽然零件表面进行褪色，但其实并没有明显的尺寸的变化。这种退色可以被抛光打磨所消除，或通过使用别的表面清洗方法导致好的表面条件。从腐蚀检验过的零件实际使用寿命来看这种方式也不会对其产生有害的影响。
4．显示迹象
① 可接受的外观：整个区域均匀一致的浅灰色。
② 二次回火：与周围的区域相比，过回火区域比正常酸蚀颜色暗，为浅棕色到黑色（见图-1）。
图-2 二次淬火图片
5.影响及其它不连续性显示
①基本上，在零件经过最终热处理之后表面不希望产生异常回火，这种冶金变化将影响零件的在役性能。
②脱碳及误渗碳
热处理产生异常的表面条件通常归因于热处理的不恰当的控制。这将导致脱碳和误渗碳（零散的渗碳）。
脱碳是指碳元素从零件的表面流失。脱碳区比正常的渗碳区域有一个较低的强度（抗裂性能）。因此软化区域通常容易开裂，一旦裂纹开始产生，它将迅速扩展到基体，这是非常危险的。
零散的渗碳是在非渗碳区是多余的，为误渗碳。镀铜通常用于保护零件非渗碳区域“阻止”碳的渗入。如果不恰当的操作，非渗碳区域可能会产生误渗碳。
6. 小结
烧伤产生的主要原因应包括存在不希望的加热源和加热后的急速冷却或缓慢冷却。酸洗检验作为无损检测方法的提出，是出于工程实际应用，任何无损检测方法相对材料完整性而行之有效，是必须执行有效的控制。
参考文献：
1.钱华；螺纹量规用冷作模具钢9Mn2V的磨削加工性能研究[D];上海交通大学；2012年
论文作者:李海涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/24
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