梁華　程彬　馬爽
（洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司）

　　摘　要：鋼球是球軸承中承載載荷的滾動(dòng)體，是球軸承中Z重要的零件之一，其制造質(zhì)量會(huì)直接影響到軸承的使用壽命。采用金相、硬度檢測(cè)、宏觀及微觀觀察分析的方法對(duì)鋼球產(chǎn)生開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，鋼球內(nèi)部存在冶金缺陷—縮孔殘余，是造成鋼球在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂的主要原因。
　　關(guān)鍵詞：鋼球；開(kāi)裂；縮孔殘余；過(guò)熱
　　鋼球是球軸承中承載載荷的滾動(dòng)體，是球軸承中Z重要的零件之一，其加工過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，從冷鐓（或熱軋、鍛）球坯到Z后的清洗包裝，涉及到諸多的加工工序，而每道加工工序都會(huì)對(duì)鋼球的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。鋼球的制造質(zhì)量會(huì)直接影響到軸承的使用壽命，因而是極其重要的。鋼球因材料冶金缺陷導(dǎo)致軸承失效的案例屢見(jiàn)不鮮，分析難度也不大，但對(duì)于小尺寸鋼球開(kāi)裂，尤其是內(nèi)在冶金缺陷導(dǎo)致的開(kāi)裂，由于難于通過(guò)熱酸洗定位材料軋制方向，故分析難度就會(huì)增大。本文采用金相、硬度檢測(cè)、宏觀及微觀觀察分析的方法，廣開(kāi)思路，對(duì)鋼球產(chǎn)生開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析。
　　某公司送檢成品鋼球5粒（斷裂成半粒的鋼球），材料為GCr15軸承鋼，加工工藝過(guò)程如下：φ6.0mm熱軋盤(pán)圓（連鑄）→球化退火后冷拔成φ4.5mm→去應(yīng)力退火后冷拔成φ3.2mm→去應(yīng)力退火后冷拔成φ2.5mm→冷鐓成鋼球→冷、熱加工成φ2.36mm成品鋼球。該批次鋼球共300萬(wàn)粒，用戶(hù)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)約60粒開(kāi)裂成兩半，要求對(duì)鋼球發(fā)生開(kāi)裂的原因進(jìn)行分析。
　　1.觀察與分析
　?。?）宏觀形貌送檢的5個(gè)半粒鋼球斷口的中心部位材料均呈線(xiàn)狀分布，邊緣光亮且凹凸不平，具有明顯的擠壓、磨損痕跡，其形貌見(jiàn)圖1。

　?。?）斷口的微觀形貌觀察與分析
　　為了更詳細(xì)地觀察缺陷形貌，任取半粒鋼球放置在JSM-6380LV掃描電子顯微鏡下變倍觀察斷口形貌，結(jié)果表明：鋼球中心部位約3/5斷口呈深淺不一平行的條帶狀，形貌自然、疏松，其余部位主要呈擠壓、磨損狀態(tài)，局部為瓷狀斷裂面，斷口的微觀形貌見(jiàn)圖2～圖5。采用EDS7582能譜儀對(duì)條帶的多處部位進(jìn)行微區(qū)成分分析，發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)存在異常元素，主要為氧、鈣、鎂及微量的鈉。

　?。?）金相檢驗(yàn)
　　取一粒鋼球從心部條帶處橫向解剖，經(jīng)磨制后觀察發(fā)現(xiàn)：
　?、贄l帶剖面深度約0.25mm，條帶周?chē)€存在一些小孔隙（見(jiàn)圖6、圖7）。

　　②將鋼球沿條帶磨制，并采用4%硝酸酒精溶液腐蝕后發(fā)現(xiàn)，條帶主要位于帶狀碳化物上并與其方向一致（見(jiàn)圖8）。

　?、垆撉虻膸钐蓟锇碐B/T18254—2002標(biāo)準(zhǔn)評(píng)為2.5級(jí)（見(jiàn)圖9、圖10），不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

　?、茕撉虻拇慊鼗鸾M織過(guò)熱且極不均勻，按JB/T1255—2014標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定為大于4級(jí)，網(wǎng)狀碳化物為2級(jí)，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)圖11）。

　　2.結(jié)果分析
　　根據(jù)宏觀、微觀觀察分析及金相檢驗(yàn)的結(jié)果可以確定：
　?。?）鋼球是在安裝到軸承內(nèi)部后使用過(guò)程中開(kāi)裂的，開(kāi)裂方向均為材料軋制方向。
　?。?）鋼球心部存在明顯的疏松條帶，帶狀碳化物超標(biāo)且表面含有氧、鈣、鎂等異常元素。另外，條帶深度約0.25mm，由此確定鋼球心部存在縮孔殘余，屬于冶金缺陷，這也是導(dǎo)致鋼球在使用過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂的主要原因。
　?。?）鋼球的淬回火組織過(guò)熱使其脆性增大，降低了抗壓強(qiáng)度，使鋼球更容易發(fā)生開(kāi)裂。
　　3.結(jié)語(yǔ)
　　當(dāng)鋼球尺寸較小或斷口擠壓、磨損較嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法確定材料軋制方向，也難以進(jìn)行常規(guī)的斷口分析，此時(shí)可以通過(guò)金相法，通過(guò)觀察缺陷形貌與金相組織的關(guān)系找到開(kāi)裂的主要原因。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]梁華，劉傳銘，等.軸承鋼球的失效分析[J].金屬加工，2015（11）：46~47.
　　[2]梁華.滾動(dòng)軸承的失效分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2005（增刊）：99-103.
　　[3]梁華，趙學(xué)軍，等.軸承鋼球在生產(chǎn)過(guò)程中表面剝落原因分析[J].軸承，2008（8）：26-27.20170426

來(lái)源：《金屬加工：熱加工》2017年第15期