钢球裂纹分析

姜莉莉，班 君，哈振卓

（1.中航工业哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150027；2.凯斯纽荷兰机械有限公司哈尔滨分公司，黑龙江哈尔滨 150060）

钢球裂纹分析

姜莉莉1，班 君1，哈振卓2

（1.中航工业哈尔滨轴承有限公司 研发中心，黑龙江 哈尔滨 150027；2.凯斯纽荷兰机械有限公司哈尔滨分公司，黑龙江哈尔滨 150060）

尺寸为7/8英寸钢球由直径φ16.5mm棒料冷冲压成型。为检查钢球表面的缺陷，对其进行热酸洗检查，结果发现钢球的两极位置出现裂纹。通过对钢球原材料及钢球裂纹形状、组织、硬度、化学成分等分析，确定裂纹产生的原因是由于原材料在切断过程中金属产生塑性变形，引起金属内晶粒之间产生滑移，晶粒被拉长形成的加工硬化现象导致的，使材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降产生裂纹缺陷。

钢球两极；热酸洗；塑性变形；裂纹分析

1 前言

钢球是滚动轴承中承载载荷的重要组成部分，钢球质量的优劣直接影响着轴承的使用寿命和可靠性。钢球的加工工艺应满足成品标准要求，使装有钢球的成品的轴承具有尽可能高的寿命、低的噪声、小的摩擦力和高的可靠性，钢球毛坯形成方法有四种，冷镦压、热镦压、轧制和锻造。钢球在使用过程中，疲劳剥落往往先产生在钢球的两极和环带部位，这是因为环带部位的纤维分布比较混乱，两极的纤维分布带有方向性，容易暴露出缺陷。为保证成品钢球的质量，在钢球冲压成型后，需经热酸洗检查，观察钢球表面是否在存缺陷。尺寸为7/8英寸钢球由直径φ16.5mm棒料冷冲压成型，经热酸洗检查发现钢球的两极出现裂纹。为分析裂纹产生原因，对钢球及原材料进行了宏观形貌、化学成分、组织、硬度等分析。

2 理化检验

2.1 宏观分析

使用的仪器是德国ZEISS体视显微镜，型号37081。对热酸洗后的钢球，体视显镜下观察，发现钢球两极有形状不规则的裂纹，裂纹形貌见图1～图2。为准确的判断裂纹产生的原因，对制做钢球原材料的料段，进行热酸洗检查，发现料段两端横截面上出现与钢球两极形状相似的裂纹，见图3～图4；后又在带有裂纹料段中间部位截取一段试样，酸洗后检查，其两横截面均没发现裂纹。

2.2 光谱分析

光谱分析使用的仪器为芬兰ARC-MET930型直读光谱，钢球的化学成分见表 1。

以上钢球数据按GB/T18254-2002标准判定，其化学成分符合GCr15轴承钢。

图1 钢球极上裂纹形貌

图2 钢球另一侧极上裂纹形貌

图3 棒料横截面裂纹形貌

图4 棒料横截面裂纹形貌

表1 钢球的化学成份

2.3 硬度检验

把钢球的两极磨制成两个相互平行的平面，在平面上进行布氏硬度测试。依据GB/T231.1-2009金属布氏硬度试验方法，对钢球进行硬度测试，仪器型号为TH600，负荷是1.839N，保荷时间15s，试验结果为193HWB2.5/187.5（标准值：179～207），钢球退火硬度合格。

2.4 金相检验

沿材料的轧制方向纵向截取试样，用Axiovert200MAT金相显微镜观察钢球裂纹的深度及宽度，裂纹的根部较宽，钢球退火组织由分布均匀点状珠光体+细粒状珠光体及少量的铁素体组成，按标准JB/1255-2001评定钢球退火组织为3级，见图5（标准值2级～4级），退火组织符合标准规定。

图5 钢球退火组织，500×

3 裂纹分析

钢球表面常见的裂纹主要有材料裂纹、冷热冲压加工折叠、淬火裂纹等。材料裂纹垂直于钢球环带，沿材料的轧制方向分布，有时呈眼眉形分布在钢球表面；冲压加工裂纹呈圆弧状，多沿钢球两极边缘分布；淬火裂纹沿环带呈直线形，树杈形、圆弧状、网状形或S形Y形等裂纹。

7/8英寸钢球采用冷镦压成型工艺，经过锉削加工，已将钢球环带去除掉，并且钢球未经淬火回处理，钢球两极上的裂纹形貌与棒料横截面裂纹形貌相似，应排除材料裂纹、冷加工折叠、淬火裂纹，钢球两极裂纹应为棒料切断过程中，由金属材料产生塑性变形，引起金属内晶粒之间产生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长，破碎和纤维化，金属内产生残余应力，使材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，料段加工表面出现拉应力，另外切削力也会对加工工件的整体产生拉应力，当超过材料的屈服极限时，在料段的切削表面形成缺陷，残留在钢球两极上，经热酸洗，由金属内部的残余应力与热酸洗时产生腐蚀应力共同作用下形成裂纹。

4 结论

（1）钢球的退火组织、硬度均符合JB/ T1255-2001标准规定，退火质量合格。

（2）钢球两极上的裂纹及棒料两横截面上裂纹，是在棒料切断过程形成的缺陷，经酸洗检查时被发现。

（3）经过调整棒料切断刀具，在对棒料及钢球进行热酸洗检查后发现，棒料两横截面及钢球两极再未出现裂纹。

[1] JB/T1255-2001，高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件［S］.

[2] GB/T18254-2002,高碳铬轴承钢［S］.

[3] GB/T231.1-2009,金属布氏硬度试验方法［S］.

[4] 夏新涛，马 伟，颉谭成.滚动轴承制造工艺学［M］.北京:机械工业出版社,2007.

（编辑：钟 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，助理工程师 .