钢球是球轴承中最重要的组成部分之一的加工过程相当复杂，从冷镦(或热轧、锻造)球坯到最终的清洗和包装，设置和许多加工过程，每个加工过程都会对球的内部和表面质量产生很大的影响。钢球的制造质量将直接影响轴承的使用寿命，因此它是一个极其重要的[1]。由于材料的冶金缺陷，钢球轴承失效的情况并不少见，分析也不难。然而，对于小尺寸钢球的开裂，特别是由内部冶金缺陷引起的开裂，很难通过热酸洗来定位材料的轧制方向，因此分析难度会增加。本文采用金相、硬度检测、宏观和微观观察分析的方法，广泛分析了钢球开裂的原因。

　　一家公司送检了5个成品钢球(断成半粒的钢球)，材料是GCr15轴承钢，加工工艺如下：φ6.0mm热轧圆(连铸)→退火后冷拔成φ4.5mm→退火后冷拔成φ3.2mm→退火后冷拔成φ2.5mm→冷镦成钢球→冷，热加工成φ2.36mm成品钢球。这批钢球共有300万粒，用户在使用过程中发现约60粒开裂成两半，需要分析钢球开裂的原因。

　　1.观察和分析

　　(1)宏观外观

　　提交检验的五个半粒钢球断口中心部分的材料呈线性分布，边缘明亮不平，挤压和磨损痕迹明显。其形状如图1所示。

　　(2)观察和分析断口的微观形象

　　为了更详细地观察缺陷的外观，任取半粒钢球放置在JSM-6380LV扫描电子显微镜观察断裂的形状，结果表明，钢球中心约五分之三的断裂是不同深度的平行带，外观自然、松散，其余部分主要是挤压、磨损状态，局部为瓷断裂表面，断裂的微观外观如图2~图5所示EDS7582能谱仪分析了条带多个部位的微区成分，发现材料中存在异常元素，主要是氧、钙、镁和微量钠。

　　(3)金相检查

　　取一个钢球从中心带横向解剖，经过研磨观察发现：①剖面深度约为0.25mm，在条带周围还有一些小孔隙(见图6和图7)。

　　②用4%硝酸酒精溶液研磨钢球后，发现钢球主要位于带状碳化物上，与其方向一致(见图8)。

　　③钢球的带状碳化物GB/T18254—2002标准评为2.5级(见图9和图10)，不符合标准要求。

　　④钢球的淬火和回火组织过热且极不均匀JB/T1255-2014标准大于4级，网状碳化物为2级，不符合标准要求(见图11)。

　　(a)心部带状

　　(b)正常部位

　　2.结果分析

　　根据宏观、微观观察分析和金相检查结果可以确定：

　　(1)钢球在使用过程中安装在轴承内部开裂，开裂方向为材料轧制方向。

　　(2)钢球心部有明显的疏松带，带状碳化物超标，表面含有氧、钙、镁等异常元素。此外，条带有深度，约0.25mm，因此确定钢球心部有收缩孔残余，属于冶金缺陷，这也是钢球在使用过程中开裂的主要原因。

　　(3)钢球淬火回火组织过热会增加其脆性，降低抗压强度，使钢球更容易开裂。

　　3.结语

　　提交检验的钢球开裂是在轴承运行过程中开裂的。它是材料缺陷和热处理缺陷共同作用的结果，属于缺陷开裂;钢球中心有收缩孔和带状碳化物超标的主要原因之一是热处理淬火和回火组织过热，增加钢球的脆性。

　　当钢球尺寸小或断裂挤压，磨损严重时，无法确定材料的轧制方向，难以进行常规断裂分析。此时，通过观察缺陷形状与金相组织之间的关系，可以发现开裂的主要原因。