梁華，程彬，馬爽
（洛陽軸研科技股份有限公司

　　鋼球是球軸承中承載載荷的滾動體，是球軸承中Z重要的零件之一，其加工過程相當復雜，從冷鐓（或熱軋、鍛）球坯到Z后的清洗包裝，設及到諸多的加工工序，而每道加工工序都會對球的內在和表面質量產生較大的影響。鋼球的制造質量會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致軸承失效的案例屢見不鮮，分析難度也不大，但對于小尺寸鋼球開裂，尤其是內在冶金缺陷導致的開裂，由于難于通過熱酸洗定位材料軋制方向，故分析難度就會增大。本文采用金相、硬度檢測、宏觀及微觀觀察分析的方法，廣開思路，對鋼球產生開裂的原因進行了分析。

　　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，加工工藝過程如下：φ6.0mm熱軋盤圓（連鑄）→球化退火后冷拔成φ4.5mm→去應力退火后冷拔成φ3.2mm→去應力退火后冷拔成φ2.5mm→冷鐓成鋼球→冷、熱加工成φ2.36mm成品鋼球。該批次鋼球共300萬粒，用戶在使用過程中發現約60粒開裂成兩半，要求對鋼球發生開裂的原因進行分析。

　　1.觀察與分析
　　（1）宏觀形貌
　　送檢的5個半粒鋼球斷口的中心部位材料均呈現為線狀分布，邊緣光亮且凹凸不平，具有明顯的擠壓、磨損痕跡，其形貌見圖1。

圖1 送檢鋼球宏觀形貌

　　（2）斷口的微觀形貌觀察與分析
　　為了更詳細地觀察缺陷形貌，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，結果表明：鋼球中心部位約五分之三斷口呈現為深淺不一平行的條帶狀，形貌自然、疏松，其余部位主要呈現為擠壓、磨損狀態，局部為瓷狀斷裂面，斷口的微觀形貌見圖2～圖5。采用EDS7582能譜儀對條帶處的多處部位進行微區成分分析，發現材料內存在異常元素，主要為氧、鈣、鎂及微量的鈉。

圖2 鋼球斷口低倍形貌

圖3 鋼球斷口中心部位放大

圖4 鋼球斷口局部高倍形貌

圖5 鋼球斷口局部放大形貌

　　（3）金相檢查
　　取一粒鋼球從心部條帶處橫向解剖，經磨制后觀察發現：①條帶剖面深度約0.25mm，條帶周圍還存在一些小孔隙（見圖6和圖7）。

圖6 鋼球心部條帶的剖面形貌

圖7 圖6局部放大形貌

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

圖8 鋼球心部條帶與帶狀碳化物形貌

　　③鋼球的帶狀碳化物按照GB/T18254—2002標準評為2.5級（見圖9和圖10），不符合標準要求。

圖9 圖8局部放大形貌

圖10 圖9局部高倍形貌

　　④鋼球的淬回火組織過熱且極不均勻，按照JB/T1255—2014標準評定為大于4級，網狀碳化物為2級，不符合標準要求（見圖11）。

圖11 鋼球的淬回火組織

　　2.結果分析
　　根據宏觀、微觀觀察分析及金相檢驗的結果可以確定：

　　（1）鋼球是在安裝到軸承內部后使用過程中開裂的，開裂方向均為材料軋制方向。

　　（2）鋼球心部存在有明顯的疏松條帶，帶狀碳化物超標且表面含有氧、鈣、鎂等異常元素，另外，條帶均有深度，約0.25mm，由此確定鋼球心部存在縮孔殘余，屬于冶金缺陷，這也是導致鋼球在使用過程中發生開裂的主要原因。

　　（3）鋼球的淬回火組織過熱使其脆性增大，降低了抗壓強度，使鋼球更容易發生開裂。

　　3.結語
　　送檢鋼球開裂是在軸承運轉過程中開裂的，是材料缺陷和熱處理缺陷兩者共同作用的結果，屬于缺陷開裂；鋼球心部存在縮孔殘余和帶狀碳化物超標為主因，熱處理淬、回火組織過熱使鋼球脆性增大也是導致鋼球開裂的原因之一。

　　當鋼球尺寸較小或斷口擠壓、磨損較嚴重時，無法確定材料軋制方向，也難以進行常規的斷口分析，此時可以通過金相法，通過觀察缺陷形貌與金相組織的關系找到開裂的主要原因。