轴承钢裂纹缺陷分析与研究
以GCr15为代表的高碳铬轴承钢是轴承钢中产量最大的钢种，由于轴承的工作特点是承受强冲击载荷和交变载荷，其工作环境恶劣，因此要求轴承钢具有高且均匀的硬度、高接触疲劳强度、良好的韧性和一定的淬透性。最近某钢厂在日常检验中发现个别GCr15轴承钢试样出现裂纹，为了找出裂纹产生的原因，研究人员进行了详细的分析与讨论，为实际生产提供了理论依据。
GCr15轴承钢的化学成分见表1，热轧态组织为细片状珠光体+碳化物（Fe，Cr）3C，一般需经球化退火，淬火+低温回火热处理，热处理后组织为细小的隐晶马氏体+渗碳体颗粒。
表1 GCr15轴承钢化学成分
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C
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Si
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Mn
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Cr
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Mo
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P
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S
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0.950～1.050
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0.150～0.350
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0.250～0.450
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1.400～1.650
|
≤0.100
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≤0.025
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≤0.025
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对裂纹缺陷试样进行切割取样，用标乐磨抛机磨制抛光，用日本电子JSM-6490扫描电镜对裂纹缺陷进行平面、横截面观察，采用牛津仪器OXFORD对裂纹内进行能谱成分分析，采用日本岛津EPMA-1720电子探针对裂纹及其附近进行微区成分元素偏析分析，然后用4%硝酸酒精腐蚀后进一步观察裂纹附近组织变化情况。
金属学理论通常认为晶界是强化元素，即晶界的键合力高于晶内，只有在晶界被弱化时才会产生沿晶脆断。通常情况下，造成晶界弱化的原因有几个方面：一是晶界沉淀相造成的沿晶断裂，是由晶界的夹杂和第二相沉淀造成的，晶界上的析出相通常是不连续的，呈球状、棒状或树枝状，有时可覆盖50%以上的晶界面积，晶界沉淀相越多，断裂应力越低。二是杂质元素在晶界偏聚造成沿晶脆断，主要有元素周期表中的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族的主族元素，如Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te等。三是环境介质浸蚀而引起的沿晶断裂，如铜脆、镉脆等。四是高温下的沿晶断裂，主要有焊接热裂纹、磨削裂纹、蠕变断裂等。
从扫描电镜、电子探针的裂纹内成分分析结果来看，排除了杂质元素的偏聚影响，另外，所研究的试样热轧后仅经退火工序，没有经过环境介质的影响和高温的促进作用，也排除了第三、四种原因。经分析发现裂纹内含有C、O、Cr、Si、Mn等元素，且Cr含量的异常偏高，说明了晶界有降低晶界强度的腐蚀性物质存在，从电子探针的面扫描结果可以看出：晶界上Cr析出物的覆盖率远远大于50%的晶界面积，符合第一种情况，即晶界上有沉淀相造成的沿晶断裂。因此，试验分析的试样裂纹应是在炼钢过程中局部高浓度的Cr块未溶解而形成的Cr偏析，能谱分析结果C、Cr的成分比例接近Cr23C6,在晶界形成了类似不锈钢中的富Cr的碳化物而弱化了晶界，导致沿晶裂纹的产生。（余冶）
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