鋼球是球軸承中最重要的組成部分之一的加工過程相當(dāng)復(fù)雜，從冷鐓(或熱軋、鍛造)球坯到最終的清洗和包裝，設(shè)置和許多加工過程，每個(gè)加工過程都會對球的內(nèi)部和表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。鋼球的制造質(zhì)量將直接影響軸承的使用壽命，因此它是一個(gè)極其重要的[1]。由于材料的冶金缺陷，鋼球軸承失效的情況并不少見，分析也不難。然而，對于小尺寸鋼球的開裂，特別是由內(nèi)部冶金缺陷引起的開裂，很難通過熱酸洗來定位材料的軋制方向，因此分析難度會增加。本文采用金相、硬度檢測、宏觀和微觀觀察分析的方法，廣泛分析了鋼球開裂的原因。

　　一家公司送檢了5個(gè)成品鋼球(斷成半粒的鋼球)，材料是GCr15軸承鋼，加工工藝如下：φ6.0mm熱軋圓(連鑄)→退火后冷拔成φ4.5mm→退火后冷拔成φ3.2mm→退火后冷拔成φ2.5mm→冷鐓成鋼球→冷，熱加工成φ2.36mm成品鋼球。這批鋼球共有300萬粒，用戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)約60粒開裂成兩半，需要分析鋼球開裂的原因。

　　1.觀察和分析

　　(1)宏觀外觀

　　提交檢驗(yàn)的五個(gè)半粒鋼球斷口中心部分的材料呈線性分布，邊緣明亮不平，擠壓和磨損痕跡明顯。其形狀如圖1所示。

　　(2)觀察和分析斷口的微觀形象

　　為了更詳細(xì)地觀察缺陷的外觀，任取半粒鋼球放置在JSM-6380LV掃描電子顯微鏡觀察斷裂的形狀，結(jié)果表明，鋼球中心約五分之三的斷裂是不同深度的平行帶，外觀自然、松散，其余部分主要是擠壓、磨損狀態(tài)，局部為瓷斷裂表面，斷裂的微觀外觀如圖2~圖5所示EDS7582能譜儀分析了條帶多個(gè)部位的微區(qū)成分，發(fā)現(xiàn)材料中存在異常元素，主要是氧、鈣、鎂和微量鈉。

　　(3)金相檢查

　　取一個(gè)鋼球從中心帶橫向解剖，經(jīng)過研磨觀察發(fā)現(xiàn)：①剖面深度約為0.25mm，在條帶周圍還有一些小孔隙(見圖6和圖7)。

　?、谟?%硝酸酒精溶液研磨鋼球后，發(fā)現(xiàn)鋼球主要位于帶狀碳化物上，與其方向一致(見圖8)。

　?、垆撉虻膸钐蓟颎B/T18254—2002標(biāo)準(zhǔn)評為2.5級(見圖9和圖10)，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

　?、茕撉虻拇慊鸷突鼗鸾M織過熱且極不均勻JB/T1255-2014標(biāo)準(zhǔn)大于4級，網(wǎng)狀碳化物為2級，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求(見圖11)。

　　(a)心部帶狀

　　(b)正常部位

　　2.結(jié)果分析

　　根據(jù)宏觀、微觀觀察分析和金相檢查結(jié)果可以確定：

　　(1)鋼球在使用過程中安裝在軸承內(nèi)部開裂，開裂方向?yàn)椴牧宪堉品较颉?/p>

　　(2)鋼球心部有明顯的疏松帶，帶狀碳化物超標(biāo)，表面含有氧、鈣、鎂等異常元素。此外，條帶有深度，約0.25mm，因此確定鋼球心部有收縮孔殘余，屬于冶金缺陷，這也是鋼球在使用過程中開裂的主要原因。

　　(3)鋼球淬火回火組織過熱會增加其脆性，降低抗壓強(qiáng)度，使鋼球更容易開裂。

　　3.結(jié)語

　　提交檢驗(yàn)的鋼球開裂是在軸承運(yùn)行過程中開裂的。它是材料缺陷和熱處理缺陷共同作用的結(jié)果，屬于缺陷開裂;鋼球中心有收縮孔和帶狀碳化物超標(biāo)的主要原因之一是熱處理淬火和回火組織過熱，增加鋼球的脆性。

　　當(dāng)鋼球尺寸小或斷裂擠壓，磨損嚴(yán)重時(shí)，無法確定材料的軋制方向，難以進(jìn)行常規(guī)斷裂分析。此時(shí)，通過觀察缺陷形狀與金相組織之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)開裂的主要原因。