熱軋軸承鋼球心部孔洞分析實(shí)例

雷建中，梁 華

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 金屬材料開(kāi)發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039)

某軸承生產(chǎn)企業(yè)送檢成品鋼球若干粒，材料為GCr15軸承鋼(材料爐號(hào)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(shí)發(fā)現(xiàn)心部存在有缺陷。為了對(duì)鋼球的心部缺陷進(jìn)行定性，針對(duì)鋼球的心部缺陷進(jìn)行了較為全面地分析。

1 檢驗(yàn)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(jìn)行定位后，從中心分別沿橫截面和縱截面進(jìn)行了解剖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：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(zhǎng)條狀空洞缺陷，形貌見(jiàn)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(fā)現(xiàn)有大量夾雜物及氧化皮存在。鋼球的淬、回火組織按照J(rèn)B/T1255-2001標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定為4級(jí)，網(wǎng)狀碳化物為2級(jí)，為合格組織。

1.3 掃描電鏡分析

為了更詳細(xì)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(gè)截面的缺陷形貌，其中橫截面的缺陷部位掃描電鏡照片見(jiàn)圖2和圖3；縱截面的缺陷部位掃描電鏡照片見(jiàn)圖4、圖5和圖6。采用EDS7582能譜儀對(duì)缺陷多處部位進(jìn)行微區(qū)成分分析，結(jié)果均未見(jiàn)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(jù)圖8鋼球的流線形貌可以看出，鋼球在熱軋過(guò)程中，位于兩極處的材料發(fā)生了較大的塑性流動(dòng)，具有將縮孔封閉的可能性。

圖7 鋼球的兩極形貌

2 結(jié)果討論

對(duì)于模鑄鋼，縮孔是鋼水在鋼錠模中凝固時(shí)，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(guò)少或由于其他原因使縮孔深及鋼錠內(nèi)部而最終存在于成品材料之中，稱為縮孔殘余。在經(jīng)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(xiàn)為沒(méi)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(jié)果來(lái)看，鋼球內(nèi)部缺陷處(縱截面)存在有明顯的疏松條帶，但未見(jiàn)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(guò)程中與空氣隔絕，故不會(huì)在缺陷處產(chǎn)生氧化物。對(duì)于連鑄鋼內(nèi)的縮孔，目前研究比較少，還有待于繼續(xù)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(guò)程不同，造成的材料流線形貌也不一樣，冷沖壓成形鋼球內(nèi)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(dòng)較大，尤其是對(duì)于軋制比較大的鋼球，若鋼材內(nèi)部存在縮孔，經(jīng)過(guò)熱軋后兩極可以完全封閉。

根據(jù)以上分析并結(jié)合檢驗(yàn)結(jié)果確定鋼球心部的缺陷為縮孔殘余，屬于材料冶金缺陷。