師紅旗1，張洪俊2，丁毅1，馬立群1
（1.南京工業大學材料科（kē）學與工（gōng）程（chéng）學院，江蘇南京 210009；2.攀鋼成都鋼鐵有（yǒu）限公司鋼管（guǎn）研（yán）究所，四川成都 610000）
摘 要（yào）：對大型軸承（chéng）鋼球在淬火過程中的開裂進行了失效分析，采用宏微觀形貌、化學成分、金相顯微組織分析、硬度測試、SEM微（wēi）觀斷口形貌等手（shǒu）段，分析了鋼球開裂的原（yuán）因。結果表明，鋼（gāng）球開裂為淬（cuì）火開裂，淬火溫度過高是導致淬火鋼球開裂的主要（yào）原因。
關鍵詞：軸承鋼球；淬火；開裂
隨著科技的迅速發展，裝備製造業對重（chóng）型大（dà）型軸承的要求（qiú）日益提高，對軸承鋼（gāng）球的尺寸也提出了（le）更高的要求[1]，隨軸承直（zhí）徑增大，鋼球直徑也遠大於100mm。某軸承鋼球製造廠製造的準150mm軸承鋼球在淬火過後發現開裂，為（wéi）分析其開裂原因，對開裂（liè）後的鋼球進行了失效分析。
1 試樣製備和實驗方法
首先對開裂後的鋼球（qiú）斷口進行宏觀形貌分析和低（dī）倍（bèi）檢驗，然後采（cǎi）用線切（qiē）割對開裂鋼球進行取樣，進行化學成分分析（xī）、金相組（zǔ）織分（fèn）析、硬度測試（shì）、掃描電（diàn）鏡斷口形（xíng）貌分（fèn）析，以確定鋼球開（kāi）裂的原因。
2 實驗結果與分析
2.1 宏觀形貌分析及低（dī）倍檢驗
宏觀分析發現鋼球沿直徑方（fāng）向開裂。用遊（yóu）標卡尺測量Z大尺寸處的斷（duàn）麵（miàn）在150mm左右。鋼球的斷口麵形態見圖1（a）；在與主斷口垂（chuí）直方向有裂紋，見圖1（b）。可（kě）見，是由幾條不同取向的裂紋共同擴展致使鋼球破裂的（de）。斷口在球的外側，細而平，而內層較粗糙，根據裂紋的擴展方向可以看出，裂紋是（shì）由外表麵形（xíng）成（chéng）後向內擴展。70℃熱（rè）鹽酸浸洗後的低倍組織未見肉（ròu）眼可見的冶（yě）金缺陷，鋼的組織致密。
2.2 化學成分分（fèn）析（xī）
從鋼球上線切割取樣，磨光後（hòu）經直讀光譜分析其成分，結果見表1。冶金行業規（guī）定的化學成分（fèn）標準[2]見表1，可見鋼球化學成分符合要求。
2.3 硬度試驗
用洛氏硬度試驗機從（cóng）兩個不同方向，分別標記為1#和2#。由於Z外表麵的硬（yìng）度無法測（cè）量，因此從距外表麵10mm處作為個測量點，每隔10mm測量開裂鋼球從表麵至近心部的洛氏硬度，結果見表2。個方向從表（biǎo）麵至心部約20mm處出現硬度降低；第二（èr）個（gè）方向在30mm處出現硬度降低。從（cóng）硬度結果可以看出，鋼球在（zài）每（měi）邊的淬硬深度不相同，說明淬火過程中冷速不均勻。
2.4 金相檢驗
開裂鋼球的金相顯微組織（zhī）照片見圖（tú）2。圖2（a）為自鋼球表麵至（zhì）心（xīn）部約（yuē）15mm深度範圍的組織，為粗大的馬（mǎ）氏體+少量珠光體組織[3]，在多處發現沿晶裂紋（wén）；圖2（b）為（wéi）鋼球心部組織。在接近心部處，組織為粗大的馬氏體+沿晶分部的珠（zhū）光體（tǐ）。鋼球的組織（zhī）粗大，且淬硬深度很深，根據沿晶珠光體網所包圍的（de）麵積評定其奧氏體（tǐ）晶粒度為1.0級。如此粗大的（de）晶（jīng）粒和粗大的組（zǔ）織說明鋼球（qiú）淬火時的溫度過高（gāo）。
開裂的鋼球在（zài）未侵蝕狀態，檢驗鋼球的非金（jīn）屬夾雜物，未發現集中分（fèn）布的夾雜，且（qiě）分散分布的（de）夾雜（zá）級別相當低，說明製造鋼球的（de）鋼材材質良好。
2.5 SEM微觀斷口形貌觀察（chá）
鋼球的SEM微觀斷（duàn）口（kǒu）形貌照片見圖3。可看出，鋼球斷口的微觀形貌為具有“冰糖”狀（zhuàng）形貌的沿晶斷口[4]，但又與純粹的沿晶斷口不同，在局部晶界（jiè）處（chù）存在熔化現（xiàn）象、沿晶裂紋和球狀氧化物，這說明鋼球微觀（guān）斷口形貌顯（xiǎn）示過熱特征，即（jí）鋼（gāng）球在淬火時的溫度過高造（zào）成淬火裂紋。沿（yán）晶（jīng）的短裂（liè）紋是尚（shàng）未擴展至表（biǎo）麵（miàn）的內部應力裂紋。
3 鋼球開裂原因分析
宏觀（guān）分析結果表明由內向（xiàng）外的多條裂紋共同導致鋼球開裂，金相組織和SEM觀察結果表明鋼球有過燒組織，晶粒粗大（dà），並且有珠光體相（xiàng），說明鋼球在淬火過程中加熱溫（wēn）度（dù）過高，同時冷卻速度不均勻；硬度測試結果表明鋼球在不同方向上冷卻速度（dù）不均勻。
綜（zōng）上所述，由於鋼球淬火加（jiā）熱溫（wēn）度過高（gāo），隨後冷卻速度不均勻，冷卻（què）速度快的地方首先形成馬氏體（tǐ），體積膨脹，由於晶界處過燒形成裂紋發生開裂，並且沿晶界向內發展，Z終導（dǎo）致鋼球開裂。
4 結語
（1）製造鋼球的（de）材質良好，未檢測出冶金（jīn）缺（quē）陷和集中（zhōng）分布的夾（jiá）雜。
（2）鋼球開裂是由淬火裂紋引起的，是過熱溫度高使馬氏（shì）體粗化、變脆的（de）結果。
（3）金相檢驗觀察到的沿晶裂紋、粗大（dà）的馬氏體組織以及晶界局部熔化現象都（dōu）表明鋼（gāng）球淬火溫度過高。
（4）硬度測試表明，淬火過（guò）程中冷卻（què）不均勻（yún），增大淬裂的傾向。
（5）SEM觀察發現呈冰糖狀的微觀斷口（kǒu）形貌和晶界過燒，這也說明（míng）淬火溫度過高。
參考文（wén）獻：
[1]那卓，張武虎.大型軸承（chéng）鋼球的製造[J].軸承，2008，（1）：21-22.
[2]YB/T091-2005，鍛（軋）鋼球[S].
[3]胡光（guāng）立，謝希文.鋼的熱處理（原理和工藝）[M].西安：西北工業大學出版社，2004.42.
[4]鍾群鵬，趙子華.斷口（kǒu）學[M].北京：高等教育（yù）出版社（shè），2006.200.
來源：《熱加工（gōng）工藝》2010年02期
