楊爭(zhēng)，楊德勝，曹健

1.洛陽LYC軸承有限公司 河南洛陽 471003

2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471003

1 序言

在磁粉檢測(cè)時(shí)導(dǎo)致相關(guān)顯示產(chǎn)生的因素很多，如淬火裂紋、鍛造折疊、過燒等，需要根據(jù)具體的檢測(cè)分析結(jié)果確定引起相關(guān)顯示產(chǎn)生的原因。某廠使用GCr15SiMn鋼生產(chǎn)軸承套圈的加工工藝為：毛坯下料→鍛造→退火→車削加工→熱處理→磨削加工→磁粉檢測(cè)→裝配入庫(kù)，在磨削加工后磁粉檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1件套圈外徑面有磁粉聚集現(xiàn)象。為了找到引起顯示的原因，本文從外觀檢查、化學(xué)成分、金相組織、能譜分析等方面進(jìn)行檢測(cè)分析。

2 理化檢驗(yàn)

2.1 外觀檢查

在磁粉檢測(cè)套圈時(shí)產(chǎn)生的顯示呈短線狀，沿軸向分布，其長(zhǎng)度約為1mm。磁粉較聚集，顯示的重復(fù)性好，顯示形貌如圖1紅色圓圈內(nèi)所示。

圖1 磁粉顯示形貌

2.2 化學(xué)成分分析

從套圈上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，直讀光譜儀檢測(cè)結(jié)果見表1，可見各元素含量均符合G B/T 18254—2016《高碳鉻軸承鋼》中對(duì)GCr15SiMn鋼成分的技術(shù)要求。

表1 套圈的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.3 金相檢驗(yàn)

制取套圈顯示處和其橫截面金相試樣，在奧林巴斯GX51金相顯微鏡下觀察，可見顯示處存在細(xì)小線狀缺陷，長(zhǎng)度約為1mm，與外觀檢查顯示長(zhǎng)度基本一致。局部能觀察到少量夾雜物，如圖2所示。由此可以認(rèn)為缺陷是引起顯示的直接原因。圖3是顯示橫截面金相形貌，缺陷垂直深度約為20μm，較為細(xì)小。

為了進(jìn)一步觀察缺陷特征，采用4%硝酸酒精溶液擦拭缺陷處及其截面后在金相顯微鏡下觀察，缺陷兩側(cè)未觀察到發(fā)現(xiàn)脫貧碳組織，未見燒傷形貌，其余組織為隱針馬氏體和少量殘留奧氏體，缺陷截面金相組織如圖4所示。在日本電子JSM6610LV掃描電鏡下觀察，可見缺陷內(nèi)局部有夾雜物存在，缺陷處及其附近的碳化物分布與其他區(qū)域無明顯差異，進(jìn)一步證實(shí)了金相顯微鏡觀察到的結(jié)果，缺陷顯微形貌如圖5所示。

圖2 缺陷金相形貌

圖3 缺陷橫截面金相形貌

圖4 金相顯微組織

圖5 SEM缺陷處顯微形貌

2.4 能譜探針檢測(cè)

為了進(jìn)一步對(duì)缺陷內(nèi)夾雜物成分進(jìn)行確認(rèn)，通過采用電子探針能譜功能對(duì)表面缺陷夾雜物內(nèi)成分進(jìn)行檢測(cè)。能譜檢測(cè)結(jié)果顯示夾雜物含有O、F、Mg、Al、Si等元素，具體檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，具體數(shù)據(jù)見表2。

圖6 能譜檢測(cè)結(jié)果

表2 夾雜物能譜分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3 分析與討論

通過對(duì)套圈進(jìn)行化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、能譜分析等，可知該套圈的化學(xué)成分、材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量均符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，因此該套圈的缺陷與材料成分、材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量無關(guān)。缺陷兩邊均無脫貧碳和氧化皮，由此可見該缺陷不是在鍛造過程中產(chǎn)生的，也不具備材料裂紋的特征。從掃描電鏡和能譜檢測(cè)結(jié)果看，缺陷兩邊的碳化物分布并無異常，撕裂狀特征不明顯，且缺陷內(nèi)有含O、F、Mg、Al、Si等元素的夾雜物存在，因此該缺陷不是在熱處理過程中產(chǎn)生的。通過對(duì)缺陷形貌、分布方向及位置分析認(rèn)為，該套圈外徑面缺陷為材料發(fā)紋。

發(fā)紋是一種存在于軸承鋼表面或表層下細(xì)小裂紋狀的缺陷，其形成的原因是鋼錠表層中的皮下氣孔或非金屬夾雜物，經(jīng)軋制變形后沿軋制方向呈單一或斷續(xù)分布的細(xì)條狀的缺陷。

從掃描電鏡形貌和能譜分析結(jié)果看，該夾雜物屬于鎂鋁尖晶石類。在煉鋼過程中，采用鋁脫氧的鋼，經(jīng)過精煉會(huì)產(chǎn)生大量鎂鋁尖晶石夾雜。其中鋁為添加元素，用于脫氧和細(xì)化晶粒，而氧化鎂一般來源于耐材侵蝕和精煉渣的卷入[1]。從能譜的檢測(cè)結(jié)果看，Mg含量不高，氧化鎂應(yīng)為精煉渣的卷入。

在軸承的使用過程中，軸承零件極易在發(fā)紋處產(chǎn)生疲勞剝落，影響軸承的使用壽命。因此在冶煉時(shí)要避免鋼錠產(chǎn)生皮下氣孔或夾雜，在連鑄過程中一定要注意避免鈣酸鹽和鎂鋁尖晶石類夾雜物進(jìn)入連鑄坯中，通過采用保護(hù)澆鑄與防止卷渣、結(jié)晶器內(nèi)夾雜物上浮等技術(shù)可避免此類夾雜物進(jìn)入連鑄坯中，實(shí)現(xiàn)潔凈鋼生產(chǎn)[2，3]。

4 結(jié)束語

該軸承套圈外徑面缺陷屬于材料發(fā)紋，該缺陷在磁粉檢測(cè)過程中導(dǎo)致了相關(guān)顯示的產(chǎn)生。這種缺陷是在軸承鋼冶煉過程中產(chǎn)生的細(xì)小裂紋狀的缺陷。因此，控制這類缺陷的產(chǎn)生應(yīng)該在冶煉鋼材時(shí)避免夾雜物進(jìn)入連鑄坯中，凈化鋼材。