Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤原因分析

杨洪春

（达州职业技术学院，达州 635001）

Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤原因分析

杨洪春

（达州职业技术学院，达州 635001）

Cr17Ni4Cu4Nb钢韧性很大，热导率和弹性模量低，其机械、物理性能给磨削加工带来很大的困难，在磨削过程中会产生磨削划伤现象。在高速、高温、高压、强腐蚀等恶劣环境下，磨削划伤会导致材料疲劳寿命的下降。因此，分析磨削划伤的原因并采取相应措施很有必要。

Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤磨削加工用量工件材料

Cr17Ni4Cu4Nb钢属于沉淀硬化型不锈钢，铬、镍含量较高，还含有钼、钛、铝、铌等合金元素。这些元素起着沉淀、硬化的作用，使该种材料强度、硬度高，耐腐蚀性好。经过热处理后，产品的机械性能更加完善，其耐压强度可达到1100～1300Mpa。广泛应用于制造燃气轮机、气压机叶片和轮缘，以及制造海上平台、直升机甲板等［1］。

Cr17Ni4Cu4Nb钢的抗拉强度和屈服强度与一般钢料相近，但在抗拉强度相近的条件下，冲击值ak、断面收缩率ψ%和延伸率δ%比一般碳钢和合金钢高。因此，Cr17Ni4Cu4Nb钢被认为是韧性很大的钢材。该钢的物理性能与一般钢材不同，其热导率和弹性模量低。其热导率λ=17W/m.k（100℃）、20W/m.k（300℃）、23W/m.k（500℃），弹性模量E=191GPa（20℃）、181GPa（320℃）［2］。

由于Cr17Ni4Cu4Nb钢上述的物理、机械性能给磨削加工带来严重的困难，在加工过程中会出现磨削划伤现象。磨削划伤是磨削难加工材料时常出现的缺陷之一。在一般情况下，表面粗糙度会很容易地覆盖住磨削划伤。但在磨削Cr17Ni4Cu4Nb钢时，绝不能忽视该缺陷，因为在高温、高压、高速、强腐蚀等极端环境下，这种缺陷会导致材料疲劳寿命的降低。

1 Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的表现形式

通过扫描电镜对 Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削后的观察分析，该钢磨削划伤与磨削纹路不同，其磨削痕迹较深，其表现形式如下：

（1）磨削划伤的痕迹两边因受到挤压而高出已加工表面，因为受到高温和挤压变形而形成撕裂及塑性变形，还伴随熔球状的覆盖物；

（2）磨削划伤的痕迹深度和宽度比正常磨削纹路大很多，并沿着磨削方向大部分是不连续的；

（3）在划痕全长上，磨削划伤痕迹的深浅与宽窄并不一致。

上述Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的表现形式是在高温下形成的，这种划伤一般比较深，此外，划痕底部有涂覆物，这种涂覆物包括磨屑熔球、脱落的磨粒顶部粘附物等。在实际磨削过程中，在Cr17Ni4Cu4Nb钢表面，有时也会出现一些较浅的划伤，在划痕上无上述涂覆物。这类划伤主要是磨粒凸出点、嵌塞在砂轮气孔中浮砂，或者磨削液中混有磨粒挤入磨削区而形成。

2影响Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的原因

2.1磨削加工用量对Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的影响

（1）工件转速nw对磨削划伤的影响。在磨削加工过程中，当vs=30m/s时，nw=100～120r/min适合；当nw＞150r/min后，磨削划伤明显增加。为减少磨削划伤，工件转速nw的选择应根据vs的大小进行调整，基本方法为：vs低，nw降低；vs高，nw也相应提高。

（2）砂轮转速vs对磨削划伤的影响。磨削沉淀硬化型不锈钢Cr17Ni4cu4Nb时，在一般磨削情况下，当vs＜20m/s时，磨削划伤较少；当 vs=30m/s时，磨削划伤较多；当 vs＞50m/s时，磨削划伤又逐渐减少。

（3）径向进给量fr对磨削划伤的影响。当fr＜0.1mm/str时，划伤次数不减少；当 fr=0.02～0.03mm/str时，磨削划伤有所减少；当fr＞0.04mm/str时，磨削划伤次数又有所增加。产生上述现象的原因是：在很小的径向进给量条件下磨削，磨粒尖端圆弧半径很小，切不进金属基体，滑擦剧烈，瞬间温度急剧上升，容易粘附磨屑，从而划伤加工表面；在fr=0.02～0.03mm/str条件下磨削时，一般说来，比磨粒尖端圆弧半径大，滑擦少，磨削热下降，从而改善了磨削条件，划伤次数减少；在fr＞0.04mm/str条件下磨削，磨削力加大，磨粒容易破碎，就会引起磨削划伤。在实际磨削过程中，根据这种规律，可采取在粗磨、半精磨之后留下0.02mm左右的加工余量，然后做一次最终尺寸磨削，可以得到较理想的磨削效果，减少磨削划伤现象的出现。

2.2 Cr17Ni4Cu4Nb钢材料对磨削划伤的影响

由于Cr17Ni4Cu4Nb钢中的Cr、Ni含量高，很容易引起砂轮粘附，堵塞砂轮，引起磨削表面划伤。另外，Cr17Ni4Cu4Nb钢基体中的硬质点和析出相，也是造成磨削划伤的重要条件。这种析出相一旦粘附在磨粒上，就会像磨粒一样，在Cr17Ni4Cu4Nb钢加工表面上画出沟痕。磨削温度越高，析出相的概率越高，就越容易产生磨削划伤。

2.3砂轮性能对Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的影响

砂轮性能的好坏主要取决于磨料和砂轮气孔率的大小。磨料对磨削划伤的影响较大。棕刚玉（A）和白刚玉（WA）在在磨削中会发生不规则破碎，因此容易产生磨削划伤。单晶刚玉磨粒多为球状多面体的单晶，磨削中很少会产生单个魔粒的突然碎裂，有良好的磨削性能，因此磨削划伤明显减少。立方氮化硼（CBN）磨料有CBNⅠ型和CBNⅡ型，前者是锋刃不对称磨料，后者是较规则的块状、晶粒强度较高。这两种类型的CBN磨料热定性好，磨粒不易破碎，故不仅磨削性能好，也不易产生磨削划伤。

砂轮气孔率也会影响磨削划伤。气孔率大的砂轮，磨削时产生的划伤较少；气孔率小的砂轮，磨削划伤较多。原因在于：气孔率大的砂轮容屑空间大，磨屑或碎磨粒可进入空隙中，不会划伤加工表面。

2.4砂轮修整对 Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的影响［3］

粗修整时，磨粒破碎面较大，切削锋利，高低错落，在初始磨削时容易产生磨削划伤；但随后会因为磨粒钝化时磨削划伤减少。精修整时，砂轮表面微刃等高性好，初始磨削时会获得高质量的加工表面，经过一段时间的磨削之后，因为砂轮磨损、钝化、堵塞，会很快出现磨削划伤。

2.5磨削液对Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的影响

磨削液之所以会影响 Cr17Ni4Cu4Nb钢的磨削划伤，是因为在磨削液中混入了各种杂质，如磨粒、磨屑等。若无良好的磨削液过滤系统，上述杂质会在磨削区划伤加工表面。因此，磨削液中所含的硬粒杂质越多，产生磨削划伤的概率就越大。

2.6供液方式对Cr17Ni4Cu4Nb钢磨削划伤的影响

试验证明，磨削划伤与磨削烧伤一样，也有产生划伤的临界值。若供液效果好，磨削划伤的临界温度不容易达到，就不会产生磨削划伤。反之，若磨削液不能到达磨削区域，就会因为热影响使加工表面产生氧化反应，并会使磨屑粘附在砂轮磨粒上，引起砂轮堵塞，进而导致磨削划伤的产生。

［1］崔占全，邱平善.工程材料.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2001.

［2］藤田辉夫.不锈钢的热处理［M］.北京：机械工业出版社，1983.

［3］孟庆辉，李印江.磨料磨具技术手册.北京：兵器工业出版社，1993.

Cause Analysis of Grinding Scratch on Cr17Ni4Cu4Nb Steel

YANG Hongchun
（Dazhou Vocational and Technical College，Dazhou 635001）

Cr17Ni4Cu4Nb steel has great toughness，low thermal conductivity and low elastic modulus，and the mechanical and physical properties of the steel are very difficult to grind.In the high speed，hightemperature，highpressure，strong corrosionandotherharsh environment，grinding scratch will lead to the decline of fatigue life of materials.Therefore，it is necessary to analyze the reason of the grinding and to take the corresponding measures.

Cr17Ni4Cu4Nbsteel，grinding，grinding，grinding，machining，workpiece material