鋼球裂紋分析

姜莉莉，班 君，哈振卓

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150027；2.凱斯紐荷蘭機械有限公司哈爾濱分公司，黑龍江哈爾濱 150060）

鋼球裂紋分析

姜莉莉1，班 君1，哈振卓2

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150027；2.凱斯紐荷蘭機械有限公司哈爾濱分公司，黑龍江哈爾濱 150060）

尺寸為7/8英寸鋼球由直徑φ16.5mm棒料冷沖壓成型。為檢查鋼球表面的缺陷，對其進行熱酸洗檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼球的兩極位置出現(xiàn)裂紋。通過對鋼球原材料及鋼球裂紋形狀、組織、硬度、化學(xué)成分等分析，確定裂紋產(chǎn)生的原因是由于原材料在切斷過程中金屬產(chǎn)生塑性變形，引起金屬內(nèi)晶粒之間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長形成的加工硬化現(xiàn)象導(dǎo)致的，使材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降產(chǎn)生裂紋缺陷。

鋼球兩極；熱酸洗；塑性變形；裂紋分析

1 前言

鋼球是滾動軸承中承載載荷的重要組成部分，鋼球質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著軸承的使用壽命和可靠性。鋼球的加工工藝應(yīng)滿足成品標(biāo)準(zhǔn)要求，使裝有鋼球的成品的軸承具有盡可能高的壽命、低的噪聲、小的摩擦力和高的可靠性，鋼球毛坯形成方法有四種，冷鐓壓、熱鐓壓、軋制和鍛造。鋼球在使用過程中，疲勞剝落往往先產(chǎn)生在鋼球的兩極和環(huán)帶部位，這是因為環(huán)帶部位的纖維分布比較混亂，兩極的纖維分布帶有方向性，容易暴露出缺陷。為保證成品鋼球的質(zhì)量，在鋼球沖壓成型后，需經(jīng)熱酸洗檢查，觀察鋼球表面是否在存缺陷。尺寸為7/8英寸鋼球由直徑φ16.5mm棒料冷沖壓成型，經(jīng)熱酸洗檢查發(fā)現(xiàn)鋼球的兩極出現(xiàn)裂紋。為分析裂紋產(chǎn)生原因，對鋼球及原材料進行了宏觀形貌、化學(xué)成分、組織、硬度等分析。

2 理化檢驗

2.1 宏觀分析

使用的儀器是德國ZEISS體視顯微鏡，型號37081。對熱酸洗后的鋼球，體視顯鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)鋼球兩極有形狀不規(guī)則的裂紋，裂紋形貌見圖1～圖2。為準(zhǔn)確的判斷裂紋產(chǎn)生的原因，對制做鋼球原材料的料段，進行熱酸洗檢查，發(fā)現(xiàn)料段兩端橫截面上出現(xiàn)與鋼球兩極形狀相似的裂紋，見圖3～圖4；后又在帶有裂紋料段中間部位截取一段試樣，酸洗后檢查，其兩橫截面均沒發(fā)現(xiàn)裂紋。

2.2 光譜分析

光譜分析使用的儀器為芬蘭ARC-MET930型直讀光譜，鋼球的化學(xué)成分見表 1。

以上鋼球數(shù)據(jù)按GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)判定，其化學(xué)成分符合GCr15軸承鋼。

圖1 鋼球極上裂紋形貌

圖2 鋼球另一側(cè)極上裂紋形貌

圖3 棒料橫截面裂紋形貌

圖4 棒料橫截面裂紋形貌

表1 鋼球的化學(xué)成份

2.3 硬度檢驗

把鋼球的兩極磨制成兩個相互平行的平面，在平面上進行布氏硬度測試。依據(jù)GB/T231.1-2009金屬布氏硬度試驗方法，對鋼球進行硬度測試，儀器型號為TH600，負荷是1.839N，保荷時間15s，試驗結(jié)果為193HWB2.5/187.5（標(biāo)準(zhǔn)值：179～207），鋼球退火硬度合格。

2.4 金相檢驗

沿材料的軋制方向縱向截取試樣，用Axiovert200MAT金相顯微鏡觀察鋼球裂紋的深度及寬度，裂紋的根部較寬，鋼球退火組織由分布均勻點狀珠光體+細粒狀珠光體及少量的鐵素體組成，按標(biāo)準(zhǔn)JB/1255-2001評定鋼球退火組織為3級，見圖5（標(biāo)準(zhǔn)值2級～4級），退火組織符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

圖5 鋼球退火組織，500×

3 裂紋分析

鋼球表面常見的裂紋主要有材料裂紋、冷熱沖壓加工折疊、淬火裂紋等。材料裂紋垂直于鋼球環(huán)帶，沿材料的軋制方向分布，有時呈眼眉形分布在鋼球表面；沖壓加工裂紋呈圓弧狀，多沿鋼球兩極邊緣分布；淬火裂紋沿環(huán)帶呈直線形，樹杈形、圓弧狀、網(wǎng)狀形或S形Y形等裂紋。

7/8英寸鋼球采用冷鐓壓成型工藝，經(jīng)過銼削加工，已將鋼球環(huán)帶去除掉，并且鋼球未經(jīng)淬火回處理，鋼球兩極上的裂紋形貌與棒料橫截面裂紋形貌相似，應(yīng)排除材料裂紋、冷加工折疊、淬火裂紋，鋼球兩極裂紋應(yīng)為棒料切斷過程中，由金屬材料產(chǎn)生塑性變形，引起金屬內(nèi)晶粒之間產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長，破碎和纖維化，金屬內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，使材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降，料段加工表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，另外切削力也會對加工工件的整體產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)超過材料的屈服極限時，在料段的切削表面形成缺陷，殘留在鋼球兩極上，經(jīng)熱酸洗，由金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力與熱酸洗時產(chǎn)生腐蝕應(yīng)力共同作用下形成裂紋。

4 結(jié)論

（1）鋼球的退火組織、硬度均符合JB/ T1255-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，退火質(zhì)量合格。

（2）鋼球兩極上的裂紋及棒料兩橫截面上裂紋，是在棒料切斷過程形成的缺陷，經(jīng)酸洗檢查時被發(fā)現(xiàn)。

（3）經(jīng)過調(diào)整棒料切斷刀具，在對棒料及鋼球進行熱酸洗檢查后發(fā)現(xiàn)，棒料兩橫截面及鋼球兩極再未出現(xiàn)裂紋。

[1] JB/T1255-2001，高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件［S］.

[2] GB/T18254-2002,高碳鉻軸承鋼［S］.

[3] GB/T231.1-2009,金屬布氏硬度試驗方法［S］.

[4] 夏新濤，馬 偉，頡譚成.滾動軸承制造工藝學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2007.

（編輯：鐘 媛）

Crack analysis of steel ball

Jiang Lili1, Ban Jun2, Ha Zhenzhuo2

(1.Bearing R&D Center,AVIC Harbin Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150027,China;2.Case New Holland Machinery(Harbin)Co.,Ltd.; Harbin 150060,China)

Steel ball of size 7/8 inch is made from steel rod with a diameter ofφ16.5mm by cold forming. In order to examine the defects on the surface of the steel ball, hot acid test was performed. Results indicated that there were cracks on the two poles of the ball. The cause of the cracks was determined by analyzing the raw materials of the steel ball as well as the shape, structure, hardness and chemical composition of the cracks. It suggested that the metal underwent plastic deformation in the cutting process. The elongation of the metal crystals and the slip between them led to the strain hardening. The cracks were generated as a result of the increased strength and hardness and the decreased plasticity and ductility.

two poles of ball; hot acid ; plastic deformation; crack analysis

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）02-0018-02

2015-04-16.

姜莉莉（1983-），女，助理工程師 .