摘要：T7一T8鋼的熱軋方坯模鍛制的abl20mm耐磨鋼球經(jīng)鍛后余熱淬火，多數(shù)鋼球開裂。對斷口和材料組織形貌分析后，發(fā)現(xiàn)熱處理工藝不合理造成的淬火應(yīng)力大及組織粗大是導(dǎo)致鋼球開裂的主要原因。

　　關(guān)鍵詞：高碳馬氏體鋼球；鍛什余熱淬火；淬火裂紋

　　某企業(yè)采用化學(xué)成分介于T7～T8鴨鋼的熱軋方坯(90mm x90ram×120mm)鍛制6120mm鋼球。該鋼球用于球磨機(jī)，要求除表面硬度大于60HRC外，鋼球整體還應(yīng)具有一定的韌性。為簡化生產(chǎn)工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益，該廠采用鍛后余熱淬火。鋼球初鍛溫度為1050。C，終鍛溫度為850℃。鍛后利用鍛造余熱進(jìn)行水淬，水溫40～60℃，淬火后開裂鋼球超過50％。為揭示鋼球開裂原因，降低廢品率，本文對鋼球材料的成分、組織、斷口形貌及工藝進(jìn)行了綜合分析。

　　1 失效分析 1． 1 宏觀斷口分析 對料坯和開裂鋼球的斷面進(jìn)行了宏觀檢驗(yàn)。原材料方坯斷面平整，表現(xiàn)出明顯的脆斷特征，表明該材料本身的塑韌性就不是很高。開裂鋼球的斷裂面位于鋼球中心面上。在鋼球中心線上裂紋線條平直，朝圖示上下兩個(gè)方向裂紋線呈弧狀。斷面中間為木紋狀斷口，而在距鋼球表面約20ram的區(qū)域，斷口平齊，有金屬光澤，表現(xiàn)出晶粒粗大的脆性斷口形貌。以上觀察表明裂紋起源于鋼球中間?！　?．2 微觀斷口分析 在掃描電鏡上對鋼球斷1：3形貌進(jìn)行了觀察。試樣1取自開裂鋼球斷口表面。試樣2是用線切割于鋼球上取樣時(shí)，樣品自行斷裂所得到的斷口。在開裂鋼球表面區(qū)域，微觀斷I：I為解理斷口形貌。在距表面約20mm左右，以脆性解理斷裂為主，并伴隨有少量韌性斷裂。用線切割于另一鋼球上取樣(10ram x10ram×120mm)時(shí)，有一樣品白行斷裂。觀察發(fā)現(xiàn)其斷面附近有裂紋，斷口局部呈棕紅色。斷口微觀分析發(fā)現(xiàn)斷裂方式為沿晶斷裂，而且晶粒非常粗火，表明在鍛造加熱過程中，有些鋼球存在熱脆或過燒缺陷。

　　2 金相組織分析 對原材料和淬火鋼球的會(huì)相組織進(jìn)行了分析。原材料組織為珠光體，組織細(xì)小。淬火鋼球表而為低碳板條馬氏體，表明表而存在脫碳現(xiàn)象。亞表面為片狀高碳馬氏體。心部組織粗大，并有明顯的層狀特征。該層狀組織與壓力加工過程中元素的偏析有關(guān)，組織組成為片狀馬氏體加珠光體(索氏體／屈氏體)。隨著深度增加，馬氏體比例逐漸下降。

　　3 工藝分析 3．1 鍛造工藝分析 浚鋼球采用的鍛造溫度為1050-850℃。T7-T8鋼作為高碳鋼，其終鍛溫度可以到800℃，甚至到770℃。試樣2存在的熱裂現(xiàn)象表明，材料在鍛造加熱過程中可能向于加熱溫度或加熱時(shí)間控制不當(dāng)，造成過熱甚至過燒現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒粗大，使材料塑韌性下降。其次用90ram×90ram×140ram的方坯模鍛直徑l20mm的鋼球，材料中閭部位的變形量小，再加上冷卻速度也相對較小，因此陔部分的再結(jié)晶晶粒粗大，導(dǎo)致斷裂容易在鋼球中心發(fā)生?！　?·2 熱處理工藝分析 對于T7一T8鋼，普通的熱處理規(guī)范是鍛造冷卻后，采用球化退火預(yù)先熱處理，得到粒狀珠光體。然后加熱到790—8lO℃，進(jìn)行水一油雙介質(zhì)淬火，淬后立即回火。該廠采用鍛后余熱淬火，由于未經(jīng)歷球化退火，晶粒粗大，日有帶狀組織，淬火馬氏體中的含碳鍍很高。此外，鍛后淬火時(shí)的入水溫度控制也不夠嚴(yán)格，容易偏高。入水溫度越高，則淬火時(shí)的溫度不均勻性越高，淬火應(yīng)力越大?！　〈慊饡r(shí)會(huì)形成熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，而且組織應(yīng)力常常占主導(dǎo)。采用冷卻能力很強(qiáng)的水淬火，對于直徑達(dá)120mm的鋼球，其溫度分布極不均勻，會(huì)形成很高的組織應(yīng)力。其組織應(yīng)力分布為淬硬區(qū)壓應(yīng)力，內(nèi)部拉應(yīng)力。斷日分析表明內(nèi)部的拉應(yīng)力是導(dǎo)致鋼球斷裂的主要原因。另外，由于水淬的冷卻能力強(qiáng)，加上鋼球內(nèi)部的層狀組織也比較粗大，因此在接近心部處還有淬硬相存在，導(dǎo)致心部的韌性差，進(jìn)一步加劇心部斷裂的可能。生產(chǎn)過程中對淬火件未及時(shí)回火，巨大的淬火應(yīng)力由于、沒有得到消除，從而導(dǎo)致淬火后發(fā)生斷裂。

　　4 結(jié)論 以上分析表明，鋼球開裂與原材料關(guān)系不大，熱處理工藝不合理造成鋼球淬火應(yīng)力大，鋼球韌性差，是形成斷裂的主要原因。具體有以下幾個(gè)因素：(1)鍛造組織，特別是心部層狀組織粗大。這一現(xiàn)象與鍛造比較小、鍛造溫度和加熱工藝控制不嚴(yán)格有關(guān)。(2)淬火組織粗大，馬氏體含碳量高，這主要與淬火前未經(jīng)球化退火有關(guān)。(3)淬火應(yīng)力大，可能的影響因素包括：入水前預(yù)冷不充分；水單介質(zhì)淬火；回火不及時(shí)或根本未回火。根據(jù)失效分析結(jié)論，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。僅通過降低淬火入水溫度，提高出水溫度，鋼球淬火開裂現(xiàn)象基本消除。

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