熱軋軸承鋼球心部孔洞分析實例

雷建中，梁 華

(洛陽軸研科技股份有限公司 金屬材料開發部，河南 洛陽 471039)

某軸承生產企業送檢成品鋼球若干粒，材料為GCr15軸承鋼(材料爐號為685731H)，采用熱軋成形，鋼球直徑為22 mm。該批成品鋼球在超聲波探傷時發現心部存在有缺陷。為了對鋼球的心部缺陷進行定性，針對鋼球的心部缺陷進行了較為全面地分析。

1 檢驗與分析

1.1 鋼球心部缺陷的宏觀形貌

任意抽取兩粒有缺陷的鋼球，采用熱酸洗法將鋼球的兩極進行定位后，從中心分別沿橫截面和縱截面進行了解剖。結果發現：鋼球中心部位橫截面存在一較大空洞，形貌近似于紡錘形，縱截面存在沿軋制方向分布的長條狀空洞缺陷，形貌見圖1。

圖1 鋼球心部橫截面和縱截面缺陷形貌

1.2 金相檢查

觀察鋼球心部缺陷部位的橫截面，未發現有大量夾雜物及氧化皮存在。鋼球的淬、回火組織按照JB/T1255-2001標準評定為4級，網狀碳化物為2級，為合格組織。

1.3 掃描電鏡分析

為了更詳細地觀察缺陷形貌，將已解剖的鋼球放置在JSM-6380LV掃描電子顯微鏡下變倍觀察兩個截面的缺陷形貌，其中橫截面的缺陷部位掃描電鏡照片見圖2和圖3；縱截面的缺陷部位掃描電鏡照片見圖4、圖5和圖6。采用EDS7582能譜儀對缺陷多處部位進行微區成分分析，結果均未見異常。

圖2 鋼球缺陷橫截面形貌圖

圖3 鋼球缺陷橫截面形貌局部放大圖

圖4 鋼球缺陷縱截面整體形貌

圖5 鋼球缺陷縱截面形貌局部放大圖

圖6 鋼球缺陷縱截面形貌局部放大圖

從電鏡觀察結果可以看出：鋼球心部缺陷整體形貌自然;從圖4、圖5和圖6可以看出鋼球心部缺陷為沿軋制方向分布的疏松條帶，具有縮孔的形貌特征。

1.4 熱酸洗檢查

由于缺陷處未發現縮孔殘余常伴隨的大量夾雜物和氧化皮等異物，再加上鋼球缺陷在縱截面并未貫穿兩極,距離兩極一端為3 mm，另一端為6 mm(圖7),為此又采用熱酸洗方法觀察鋼球的兩極形貌及軋制流線分布。根據圖8鋼球的流線形貌可以看出，鋼球在熱軋過程中，位于兩極處的材料發生了較大的塑性流動，具有將縮孔封閉的可能性。

圖7 鋼球的兩極形貌

2 結果討論

對于模鑄鋼，縮孔是鋼水在鋼錠模中凝固時，由于體積的收縮而形成的孔穴和空洞，一般都集中在鋼錠上部和冒口部分，正常情況下可以清除掉。如果切除冒口量過少或由于其他原因使縮孔深及鋼錠內部而最終存在于成品材料之中，稱為縮孔殘余。在經熱酸洗后的低倍試片上，橫斷面上縮孔殘余分布于試片中心；在總斷面上表現為沒有金屬光澤的疏松帶，并有氧化物及非金屬夾雜物存在。從電鏡觀察的結果來看，鋼球內部缺陷處(縱截面)存在有明顯的疏松條帶，但未見到有氧化物及非金屬夾雜物存在，推斷該鋼球材料采用的是連鑄軸承鋼。連鑄鋼多為真空脫氣鋼，由于鋼水在澆注凝固過程中與空氣隔絕，故不會在缺陷處產生氧化物。對于連鑄鋼內的縮孔，目前研究比較少，還有待于繼續探討。

圖8 鋼球的軋制流線

熱軋鋼球和冷沖壓成形鋼球的工藝過程不同，造成的材料流線形貌也不一樣，冷沖壓成形鋼球內部如有縮孔一般貫穿兩極，而熱軋成形鋼球由于材料塑性流動較大，尤其是對于軋制比較大的鋼球，若鋼材內部存在縮孔，經過熱軋后兩極可以完全封閉。

根據以上分析并結合檢驗結果確定鋼球心部的缺陷為縮孔殘余，屬于材料冶金缺陷。