采用化學(xué)成分介于T7~T8鋼的熱軋方坯(90mm×90mm×120mm)鍛制直徑小于120mm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，采用鍛后余熱淬火熱處理。鋼球初鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為850℃。鍛后利用鍛造余熱進(jìn)行水淬，水溫40~60℃，淬火后開裂的鋼球超過50%。

1．失效分析

對料坯和開裂鋼球的斷面進(jìn)行了宏觀檢驗。原材料方坯斷面平整，表現(xiàn)出明顯的脆斷特征。開裂鋼球的斷裂面位于鋼球的中心面上。斷面中間為木紋狀斷口，而在距鋼球表面約20mm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。

在掃描電鏡上對鋼球斷口形貌進(jìn)行了觀察。在鋼球表面開裂區(qū)域，微觀斷口為解理斷口形貌。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(10mm×10mm×120mm)時，有一樣品自行斷裂。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，而且晶粒非常粗大，表明在鍛造加熱過程中，有些鋼球存在熱脆或過燒缺陷。

對原材料和淬火鋼球的金相組織進(jìn)行了分析。原材料組織為珠光體，組織細(xì)小。淬火鋼球表面為低碳板條馬氏體，表明表面存在脫碳現(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。

2．工藝分析及改進(jìn)

鋼球采用的鍛造溫度為1050℃。T7、T8鋼作為高碳鋼，其終鍛溫度可以到800℃，甚至到770℃。材料在鍛造加熱過程中可能由于加熱溫度或加熱時間控制不當(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90mm×90mm×140mm的方坯模鍛直徑小于120mm的鋼球，材料中間部位的變形量小，再加上冷卻速度也相對較小，因此該部分晶粒粗大，導(dǎo)致斷裂容易在鋼球中心發(fā)生。

對于T7、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790~810℃，進(jìn)行水、油雙介質(zhì)淬火，淬后立即回火。該廠采用鍛后余熱淬火工藝，由于未經(jīng)球化退火，晶粒粗大，且有帶狀組織。此外，鍛后淬火時的入水溫度控制也不夠嚴(yán)格，容易偏高。入水溫度越高，則淬火時的溫度不均勻性越大，淬火應(yīng)力越大。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，會形成很高的組織應(yīng)力。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，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回火，從而導(dǎo)致淬火后發(fā)生斷裂。

總之，熱處理工藝不合理，入水前預(yù)冷不充分，水介質(zhì)淬火、回火不及時或根本未回火，淬火組織粗大，是形成淬火裂紋的原因。因此，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。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。