GCr15SiMn钢球表面缺陷分析

李元侦，仇亚军，王智勇

(洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 试样的宏观形貌

某企业送检两粒规格为Φ63.5 mm的钢球，该类球系采用模铸GCr15SiMn钢锻造成形，在光球及软磨过程中发现钢球表面存在比例较大的表面剥落现象。如图1所示，钢球表面存在相当数量的凹坑，颜色发暗，与正常的光亮表面明显不同，现对其产生原因进行分析。

图1 钢球表面宏观形貌

2 试样的显微分析

2.1 金相分析

将试样进行机械抛光，并用2%硝酸酒精腐蚀，对钢球表层及剥落坑部位的金相组织进行观察，其组织按照JB/T 1255—2001标准第1级别图评定为2～3级，为合格组织，未发现有脱碳现象存在(图2)。

图2 钢球的退火组织

将该试样放入马弗炉中加热，并在820 ℃下保温35 min，油淬，磨制成金相试样。随后对钢球表面部位、剥落坑附近以及材料心部的非金属夹杂物分布情况进行检验，该钢球材质中的非金属夹杂物符合GB/T 18254—2002标准第4级别的相关要求，为合格，并且表面及剥落坑附近未发现异常的夹杂物存在。

2.2 扫描电镜及能谱分析

采用线切割机在一粒送检钢球(图1左侧)表面上切取一试样，将其放入超声波机中用丙酮、无水乙醇清洗，取出烘干后放入JSM-6380LV扫描电镜中对钢球试样表面上的A缺陷和B缺陷区域进行不同放大倍数的观察(图3～图6)。并采用EDS7582型能谱仪对A缺陷内局部物质进行成分定量分析，结果见表1和图7。

表1 白色物质的元素成分 %

图3 钢球试样表面A缺陷低倍形貌

图4 试样A缺陷底部的放大形貌

图5 钢球试样表面B缺陷低倍形貌

图6 试样B缺陷底部的放大形貌

图7 缺陷A的成分分析

通过扫描电镜观察发现，在A缺陷和B缺陷底部表面上均分布有许多灰白色物质，并且在这些物质附近分布着明显的刮痕。经能谱仪的成分分析，发现此类灰白色物质主要是由O，Al和Si元素组成，其含量均超过80%，甚至达到95%。

3 结果分析

通过扫描电镜及能谱仪的分析结果可知，送检钢球表面上存在的大量剥落现象应与缺陷底部上分布有灰白色物质有直接关系。能谱分析结果表明，这些灰白色物质的分子式可能为Al2O3和SiO2，这些物质既可能来自于材料中非金属夹杂物中的氧化物，也可能是磨加工过程中使用砂轮的砂粒。结合剥落缺陷底部形貌——灰白色物质附近分布着砂轮砂粒造成的刮痕，从而确定这些灰白色物质为砂轮上脱落的砂粒，钢球表面的剥落坑是由于砂粒挤刮所致。另外，通过对钢球的金相检验也排除了由于锻造折叠和材料夹杂物造成表面剥落的可能性，从而印证了扫描电镜分析的结果。

4 结束语

经过分析可知，送检钢球表面上分布的大量剥落坑是由磨加工过程中砂粒挤刮造成的。建议通过调整磨加工工艺来减少或杜绝此类缺陷的发生。