GCr15SiMn鋼球表面缺陷分析

李元偵，仇亞軍，王智勇

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 試樣的宏觀形貌

某企業(yè)送檢兩粒規(guī)格為Φ63.5 mm的鋼球，該類球系采用模鑄GCr15SiMn鋼鍛造成形，在光球及軟磨過程中發(fā)現(xiàn)鋼球表面存在比例較大的表面剝落現(xiàn)象。如圖1所示，鋼球表面存在相當(dāng)數(shù)量的凹坑，顏色發(fā)暗，與正常的光亮表面明顯不同，現(xiàn)對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

圖1 鋼球表面宏觀形貌

2 試樣的顯微分析

2.1 金相分析

將試樣進(jìn)行機(jī)械拋光，并用2%硝酸酒精腐蝕，對(duì)鋼球表層及剝落坑部位的金相組織進(jìn)行觀察，其組織按照J(rèn)B/T 1255—2001標(biāo)準(zhǔn)第1級(jí)別圖評(píng)定為2～3級(jí)，為合格組織，未發(fā)現(xiàn)有脫碳現(xiàn)象存在(圖2)。

圖2 鋼球的退火組織

將該試樣放入馬弗爐中加熱，并在820 ℃下保溫35 min，油淬，磨制成金相試樣。隨后對(duì)鋼球表面部位、剝落坑附近以及材料心部的非金屬夾雜物分布情況進(jìn)行檢驗(yàn)，該鋼球材質(zhì)中的非金屬夾雜物符合GB/T 18254—2002標(biāo)準(zhǔn)第4級(jí)別的相關(guān)要求，為合格，并且表面及剝落坑附近未發(fā)現(xiàn)異常的夾雜物存在。

2.2 掃描電鏡及能譜分析

采用線切割機(jī)在一粒送檢鋼球(圖1左側(cè))表面上切取一試樣，將其放入超聲波機(jī)中用丙酮、無(wú)水乙醇清洗，取出烘干后放入JSM-6380LV掃描電鏡中對(duì)鋼球試樣表面上的A缺陷和B缺陷區(qū)域進(jìn)行不同放大倍數(shù)的觀察(圖3～圖6)。并采用EDS7582型能譜儀對(duì)A缺陷內(nèi)局部物質(zhì)進(jìn)行成分定量分析，結(jié)果見表1和圖7。

表1 白色物質(zhì)的元素成分 %

圖3 鋼球試樣表面A缺陷低倍形貌

圖4 試樣A缺陷底部的放大形貌

圖5 鋼球試樣表面B缺陷低倍形貌

圖6 試樣B缺陷底部的放大形貌

圖7 缺陷A的成分分析

通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在A缺陷和B缺陷底部表面上均分布有許多灰白色物質(zhì)，并且在這些物質(zhì)附近分布著明顯的刮痕。經(jīng)能譜儀的成分分析，發(fā)現(xiàn)此類灰白色物質(zhì)主要是由O，Al和Si元素組成，其含量均超過80%，甚至達(dá)到95%。

3 結(jié)果分析

通過掃描電鏡及能譜儀的分析結(jié)果可知，送檢鋼球表面上存在的大量剝落現(xiàn)象應(yīng)與缺陷底部上分布有灰白色物質(zhì)有直接關(guān)系。能譜分析結(jié)果表明，這些灰白色物質(zhì)的分子式可能為Al2O3和SiO2，這些物質(zhì)既可能來(lái)自于材料中非金屬夾雜物中的氧化物，也可能是磨加工過程中使用砂輪的砂粒。結(jié)合剝落缺陷底部形貌——灰白色物質(zhì)附近分布著砂輪砂粒造成的刮痕，從而確定這些灰白色物質(zhì)為砂輪上脫落的砂粒，鋼球表面的剝落坑是由于砂粒擠刮所致。另外，通過對(duì)鋼球的金相檢驗(yàn)也排除了由于鍛造折疊和材料夾雜物造成表面剝落的可能性，從而印證了掃描電鏡分析的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過分析可知，送檢鋼球表面上分布的大量剝落坑是由磨加工過程中砂粒擠刮造成的。建議通過調(diào)整磨加工工藝來(lái)減少或杜絕此類缺陷的發(fā)生。