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

　　關鍵詞：高碳馬氏體鋼球；鍛什余熱淬火；淬火裂紋

　　某企業采用化學成分介于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，要求除表面硬度大于60HRC外，鋼球整體還應具有一定的韌性。為簡化生產工藝，提高經濟效益，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行了宏觀檢驗。原材料方坯斷面平整，表現出明顯的脆斷特征，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的區域，斷口平齊，有金屬光澤，表現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。　　1．2 微觀斷口分析 在掃描電鏡上對鋼球斷1：3形貌進行了觀察。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，樣品自行斷裂所得到的斷口。在開裂鋼球表面區域，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，有一樣品白行斷裂。觀察發現其斷面附近有裂紋，斷口局部呈棕紅色。斷口微觀分析發現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相組織進行了分析。原材料組織為珠光體，組織細小。淬火鋼球表而為低碳板條馬氏體，表明表而存在脫碳現象。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，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間控制不當，造成過熱甚至過燒現象，導致晶粒粗大，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，因此陔部分的再結晶晶粒粗大，導致斷裂容易在鋼球中心發生。　　3·2 熱處理工藝分析 對于T7一T8鋼，普通的熱處理規范是鍛造冷卻后，采用球化退火預先熱處理，得到粒狀珠光體。然后加熱到790—8lO℃，進行水一油雙介質淬火，淬后立即回火。該廠采用鍛后余熱淬火，由于未經歷球化退火，晶粒粗大，日有帶狀組織，淬火馬氏體中的含碳鍍很高。此外，鍛后淬火時的入水溫度控制也不夠嚴格，容易偏高。入水溫度越高，則淬火時的溫度不均勻性越高，淬火應力越大。　　淬火時會形成熱應力和組織應力，而且組織應力常常占主導。采用冷卻能力很強的水淬火，對于直徑達120mm的鋼球，其溫度分布極不均勻，會形成很高的組織應力。其組織應力分布為淬硬區壓應力，內部拉應力。斷日分析表明內部的拉應力是導致鋼球斷裂的主要原因。另外，由于水淬的冷卻能力強，加上鋼球內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，導致心部的韌性差，進一步加劇心部斷裂的可能。生產過程中對淬火件未及時回火，巨大的淬火應力由于、沒有得到消除，從而導致淬火后發生斷裂。

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

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