钢球是滚珠轴承中的承重滚动元件，并且是滚珠轴承中最重要的部件之一。从冷head（或热轧，锻造）到最终加工过程非常复杂。球的清洁和包装涉及许多加工程序轴承单颗钢球磨损，并且每个加工程序都会对球的内部和表面质量产生更大的影响。 。钢球的制造质量将直接影响轴承的使用寿命曼铂，因此极为重要[1]。由材料冶金缺陷引起的轴承钢球失效的情况并不少见，分析也不难，但是对于小型钢球，特别是由固有的冶金缺陷引起的裂纹，很难确定钢的滚动方向。物料通过酸洗。因此，分析难度将增加。本文采用金相学，硬度测试，宏观和微观观察与分析方法曼铂，拓宽了思路，分析了钢球开裂的原因。

某公司派出5个成品钢球进行检查（将钢球切成半粒），材料为GCr15 轴承钢，加工过程如下：φ6.0mm热轧圆盘（连铸） ）→球化学退火后，冷拔成φ4.5mm→应力消除退火后，冷拔成φ3.2mm→应力消除退火后，冷轧成φ2.5mm→冷head成钢球→冷热加工成φ2.36mm成品钢球。一批钢球总计300万个。用户发现使用过程中大约有60个钢球破裂了一半，需要分析钢球破裂的原因。

1.观察与分析

（[1）宏观形态

提交检查的五个半晶粒钢球断裂中心的材料均呈线性分布，边缘明亮，不平整，并有明显的挤压和磨损痕迹。形态如图1所示。

图1提交检查的钢球的宏观形态

（2）骨折的微观形态观察与分析

为了更详细地观察缺陷形态，请拿起任何半晶粒的钢球，并将其放在JSM-6380LV扫描电子显微镜下，以可变放大倍率观察断裂形态。结果表明，在钢球中心的断裂处约有五分之三是浅的。不平行的条带具有自然而松散的外观。其余部分主要处于挤压和磨损状态，有些是瓷样断裂表面。断裂的微观形态如图2至图5所示。使用EDS7582能量谱仪分析了带材多个部位的微区成分，发现材料中存在异常元素，主要是氧气，钙，镁和痕量钠。

图2钢球断裂面的低倍率形态

图3钢球断裂中心扩大

图4钢球断裂面的局部高倍率形态

图5钢球断裂表面的局部放大形态

（[3）金相检验

拿一个钢球，从心脏带上横向解剖它。研磨后观察到：①带钢的截面深度约为0.25mm，带钢周围有一些小孔（见图6和图7）。

图6钢球芯带的截面形态

图7图6部分放大的形态

②沿钢带研磨钢球并用4％的硝酸乙醇溶液腐蚀后，发现钢带主要位于钢带状碳化物上，方向一致（见图8））。

图8钢球芯中带状和带状碳化物的形貌

③根据GB / T18254-2002标准（参见图9和图10）），钢球的带状碳化物等级为2.5级。

图9图8部分放大的形态

图10图9局部高倍率形态

④钢球的淬火回火结构过热，极不均匀。根据JB / T1255-2014标准，其等级大于4，而网状碳化物的等级为2，不符合标准要求（请参见图1 1）。

（a）心脏带

（b）正常部分

图11钢球的淬火回火结构

2.结果分析

根据宏观和微观观察与分析以及金相检查的结果，可以确定：

（1）钢球安装在轴承内部后在使用过程中破裂，破裂的方向是材料的滚动方向。

（2）钢球的芯中有明显的松散带，带状碳化物超过了标准，表面含有异常元素，例如氧，钙和镁。深度约为0.25mm，由此确定钢球芯中存在残余的收缩腔，这是冶金缺陷，这也是使用过程中钢球破裂的主要原因

（3）钢球淬火和回火结构的过热会增加脆性，降低抗压强度，并使钢球更容易开裂。

3.结论

在轴承的操作过程中，提交检查的钢球的裂纹破裂。这是材料缺陷和热处理缺陷共同作用的结果。这是一个缺陷裂纹；钢球芯中有残留的收缩孔和带状碳化物。主要原因是热处理淬火和回火结构过热引起的钢球脆性也是钢球破裂的原因之一。

当钢球尺寸较小或严重挤压和磨损断裂时，无法确定材料的滚动方向，并且难以执行常规断裂分析。此时，可以使用金相方法观察缺陷形态和金相结构。找到造成这种关系破裂的主要原因。