隨著工藝裝備技術的不斷提升，齒輪行業中出現了數量較多的磨齒機，磨削燒傷就是一個難免會遇到的問題，個別廠家在經過長期的調試之后還是存在問題，對經濟產生巨大的威脅。但是目前市場上較多的手段就是簡單的消極降低磨削參數，一味地對磨削參數進行降低也會對齒輪磨削的質量造成影響，這對于整個生產的效益的提升是極為不利的。文章就針對目前齒輪磨損過程中的失效情況進行了分析，從齒輪開裂形式和形成原因對齒輪的損傷成因以及后期的改善措施進行了簡單的分析。

齒輪是目前工業裝備中的主要零件之一，相對于常用的滲碳淬火齒輪而言，經過滲碳淬火處理后，齒輪的接觸應力得到很大限度的提升，一般是原有的3 倍左右，允許彎曲應力相當于原有的1.5 倍左右，對于齒輪的的耐用性能和壽命將會起到極為關鍵的作用。但此工藝還是存在著一些不足和常見的問題，最常見的就是表面的磨傷，使用的質量會受到嚴重的損失。嚴重的磨削燒傷甚至會使得一些零件無法再繼續使用。

進行加工的過程中，磨粒起切削、刻劃和滑擦作用。一般都是負角度在向前進行運作，同時在高速運轉的情況之下，表面會產生極高的溫度差異（一般為650℃~1500℃），表面的組織結構就會產生較大的變化，工件某些部位直接會產生變色問題（即氧化膜的顏色———黃、褐、紫、青等色），這種情況就是磨削燒傷。在外表方面也存在著一些差異，磨削表面有斑狀燒傷、全面燒傷、線條狀燒傷。在這些燒傷中，線條狀的燒傷是最為常見的問題。根據國家標準GB/T 17879-1999《齒輪磨削后表面回火的浸蝕檢驗》中所提到的酸洗法，將零件放入配制好的酸溶液中，酸洗后觀察表面的情況，從而判斷磨傷的程度。最主要的特征就是表面存在一個富氧層，再用酸對其進行水洗之后會產生亮點，可以發現燒傷的程度。未出現回火的零件，在對其進行酸洗之后會產生灰色部位；局部回火區域在酸洗之后會產生深灰或黑色。一般而言，如果水洗后的顏色越深，那么就表明了回火燒傷的實際程度就越嚴重，對零件的損害也越嚴重；同時在磨削的過程中，如果溫度得到了較大程度的提升，那么將導致再硬化，再硬化區域是一塊白色或淺顏色的未回火馬氏體，周圍是黑色回火面，這是較為嚴重的一種燒傷。

一般而言，淬火鋼組織為馬氏體，它的硬度和強度是比較大的。齒輪在進行加工的過程中，一旦表面的溫度超過了350℃，同時保證要低于Ac3（727℃），馬氏體就會進行一個轉化的過程，成為我們所說的回火屈氏體，或者是索氏體，我們將此種燒傷稱之為回火燒傷。如果此時，表面的溫度已經超過了Ac3，那么馬氏體就會直接生成奧氏體，如果不加入磨削液冷卻，那么表面就會產生退火，表面的硬度就會大大減少，我們將此種問題稱之為退火燒傷；如果在表面溫度超過Ac3 的情況下，馬氏體一方面會直接轉變為奧氏體，此時向其中加入磨削液進行冷卻，在表面就會直接形成二次淬火馬氏體，它的硬度一般是高于回火馬氏體，但是厚度往往是很薄的，在下面的物質一般是溫度比較低的二次淬火馬氏體，我們將此種燒傷比作淬火燒傷。

由于燒傷問題的存在，齒輪表面的馬氏體回火會降低硬度。一個鋼化層會產生大面積燒傷，降低硬度HRC 的數值保持在（45~55），導致耐磨性顯著降低。或使表面淬火兩次，造成表面組織非常脆，會導致齒輪在剝離過程中出現上述的現象。磨削燒傷也會削弱齒輪表面的壓應力，甚至引起拉應力。尤其是二次淬火燒傷后，由于磨削熱引起的塑性變形，形成一層硬脆變質層，這對零件強度的提高是有很大的好處的，但隨后，一方面會產生嚴重淬火回火燒傷，在高壓的條件下，會突然將硬度降低至（150~200）。從壓應力逐步轉變為拉應力，殘余應力很快會消失，轉化為736MPa重度燒傷表面的拉應力，中度燒傷為（373~392）MPa；輕微燒傷維持在49MPa。但拉應力過渡層中的變化很容易產生微裂紋，而且也不易觀察，在循環荷載作用下，疲勞強度和齒面使用壽命就會受到極為關鍵的影響，導致過早的磨損和點蝕，甚至造成齒輪早期失效。此外，由于殘余拉應力，磨削裂紋常沿燒傷邊緣發生，避免燒傷是防止磨削裂紋的前提。在進行齒端面的磨削加工時，在齒輪的齒廓、齒底與端面相交邊緣處容易產生微裂紋。裂紋有兩種存在形式，一是裂紋在端面處產生并向齒根內部延伸，另一種只存在于齒端面而未向齒部擴展。滾齒后齒廓及齒底與端面形成了尖邊，尖邊在熱處理前未進行打鈍處理，淬火后在尖邊位置產生應力集中區域，磨削時尖邊處應力釋放產生裂紋。

對于滲碳淬火齒輪而言，磨削熱的產生以及釋放是影響燒傷強度的最主要的原因。其中，砂輪和磨削參數對于磨削熱的產生起到了極為關鍵的作用，切削液及滲層碳濃度對于磨削熱的釋放有著決定作用。

3.1 砂輪

砂輪的硬度如果太高，在磨削的過程中顆粒就不能進行及時的脫落，直接導致了磨削力過高，而且溫度過高，很容易就會產生齒面燒傷。砂輪粒度號太大（磨粒太小），就會導致堵塞比較嚴重，產生磨削熱使得燒傷極其嚴重。如果不對砂輪進行及時修整，就會導致砂輪太鈍，也十分容易產生表面的磨傷。

3.2 磨削條件

特別是砂輪進給量和磨齒余量過大，瞬時摩擦會產生極高的熱量，導致齒面磨削燒傷。此外，需要注意的是，在磨齒加工開始時，可能會出現齒輪表面與砂輪不接觸的現象，砂輪略高于齒面圓弧的高度，這里是最容易產生磨削燒傷，也是磨削燒傷檢測的一個重要領域。

3.3 切削液

冷卻液一方面會帶走過多的磨削熱量，另一方面可以起到潤滑的作用，減少摩擦。在冷卻的過程中，如果冷卻的速度不夠，就會導致熱量無法快速放出，從而導致表面的溫度過高，產生燒傷問題，冷卻過快則會導致表面的硬化問題。

3.4 滲層碳濃度

滲層碳濃度過高，就會在表面的組織層中產生大量的游離碳化物，齒加工零件材料的硬度較高，所以在磨削的時候，就會出現局部過熱，從而在表面發生回火的問題；另外也會在表面直接生成過多的殘余奧氏體，導致表面硬度過低而產生磨削裂紋。

3.5 零件的材料問題

零件在回火的過程中，如果質量不夠，就會產生數量較多的淬火態的馬氏體。這種物質的主要特點是強度高，同時硬度較大，對磨削拉應力的敏感程度比較高，很容易就會出現較多的磨削裂紋。除了上述問題以外，零件中的奧氏體數量也比較多，一般會維持在45%以上。殘余奧氏體存在十分不穩定，很容易就產生淬火態的馬氏體，也會產生較多的磨削裂紋。網狀碳化物，脆性程度比較高，對磨削拉應力敏感容易產生磨削裂紋。網狀碳化物所產生的裂紋外觀一般都是龜裂狀的。

可見，熱處理滲碳淬火工藝的科學性與合理性將會直接決定了后期齒輪磨削中是否會產生較多的裂紋現象。如果滲碳層的表面存在較大濃度，淬火的溫度較高情況下，會使得工件中產生較多的馬氏體、奧氏體以及網狀的碳化物，馬氏體的外表是針片狀的，片狀馬氏體中含有數量較多的細小孿晶，這會直接阻礙塑性的形變，滲層含碳量高也會直接導致晶格中存在較大的內應力，從而使滲層變脆，產生一些較小的磨削裂紋。

要想減少表面的磨削問題，最關鍵的是從源頭減少磨削熱的產生，同時加快磨削熱量的散發。通過對燒傷因素的一系列分析，發現可以采取以下措施，來減少磨削熱對齒輪摩擦產生的影響。

4.1 砂輪

砂輪在選擇過程中，由于粗的砂輪硬度較軟，容易產生砂磨面，堵塞會產生較大的阻礙問題，同時研磨的過程中會產生數量較多的熱量；精磨過程中必須要采用硬度較高的細砂輪，磨削的表面需要保證其光滑，最后保證尺寸的合格性。金剛石的磨削硬度一般是比較大的，由于過強的硬度以及強度，磨削條件就得到了較為明顯的改善，使得表面的磨削力受到減弱，此外，如果摩擦的系數較低，在沒有潤滑劑的情況下也不會產生較多的摩擦，所以就不會發生過多的燒傷問題。目前，CBN 砂輪由于熱穩定性比較好，磨削溫度低，硬度和強度也比較好，所以受到了較為廣泛的推廣使用。磨削力小，就可以使得表面的質量得到很大的提升。另外，一些橡膠、樹脂也可以對磨削的條件造成較大的改善。由于某些原因，切削力在增大的過程中，會產生較大的彈性屈服力，從而不斷減小切削的深度，有效的減少了燒傷問題的發生。砂輪的平衡處理必須要做到位，從而在后期平衡的過程中保持較好的進行狀態。砂輪必須要保證時刻處于鋒利的工作狀態。有許多因素會影響啥輪的運轉，末學材料的種類以及純度等等都會對其產生較大的影響。砂輪的金剛石支架在前期固定過程中需要重視。如果鉆石表面有0.5~0.6 毫米磨損，說明已經鈍化，需要更換。

4.2 磨削條件

砂輪產生熱量的過程中，大約在單位時間內按比例產生熱量，可以有效避免磨削損傷，適當降低切削深度，降低發電的功率，從而保證粗磨不大于0.03~0.04 毫米，而精磨不大于0.01~0.02 毫米。磨削余量的選擇應根據具體情況確定，盡可能在提高生產率的情況下減少磨削燒傷。由于粗磨時磨削余量偏大，一次燒成，不易消除精磨中的缺陷，前幾次粗磨進給容易被操作者忽視。因此，淬火后，根據齒輪表面找到正確的加工定位基準，使齒面邊緣分布均勻，并找出齒形的最高點，砂輪在這個地方開始進給磨削。

4.3 切削液

在進行磨齒的操作過程中，冷卻控制是十分關鍵的要素。冷卻一定要完全和充分，冷卻液也一定要流到區域內，多數情況下，流量需要控制在40~45L/min，這樣才可以實現完全的冷卻，壓力的大小一般控制在0.8~1.2N/mm2，將表面切屑進行較好的沖刷。在冷卻液足夠純凈的條件下進行工作，從而清除冷卻液中的較臟的顆粒，冷卻液的承載容器體積一定要夠大，防止其中產生過多的氣泡。防止冷卻液過快的改變溫度，一般控制冷卻系統的容積和工作間的室溫,對于溫度就可以進行較好的控制了，但是在一些特殊儲況下，還是需要使用散熱器進行工作的。

4.4 滲層碳濃度

隨著表面碳濃度的不斷提升，磨削性能就會被減少，所以表面碳的濃度一般是控制在0.2%-0.9%比較合適。殘余奧氏體碳的含量一般在32%以內比較合適，碳化物需要均勻分布在表面，同時保證顆粒的平均直徑小于lμm；碳化物一般是球狀或者是顆粒狀進行分布，禁止產生網狀或角狀碳化物。要嚴格處理表面的熱工藝技術，對于表面的碳濃度含量嚴格管理，這樣可以最大限度地減少熱表面產生畸形和病變。需要將磨削規范進行較好的規定，從而選擇最合適的磨削液。在磨齒加工工藝中，冷卻是一個極為關鍵的技術，冷卻必須充分有效，冷卻液一定要達到規定的部位，壓力至少需要沖掉砂輪上的切屑，從而進行妥善的過濾。

在進行了以上一系列的改進措施后，在后續的齒輪磨削加工過程中，基本沒有出現磨削燒傷的現象，對同一件齒輪進行加工的過程中，原先的時間保持在十二小時左右，現在平均只需要十小時，質量提高了17%。