采用化学成分介于T7~T8钢的热轧方坯(90mm×90mm×120mm)锻制直径小于120mm钢球用于球磨机，要求除表面硬度大于60HRC外，钢球整体还应具有一定的韧性。为简化生产工艺，提高经济效益，采用锻后余热淬火热处理。钢球初锻温度为1050℃，终锻温度为850℃。锻后利用锻造余热进行水淬，水温40~60℃，淬火后开裂的钢球超过50%。

1．失效分析

对料坯和开裂钢球的断面进行了宏观检验。原材料方坯断面平整，表现出明显的脆断特征。开裂钢球的断裂面位于钢球的中心面上。断面中间为木纹状断口，而在距钢球表面约20mm的区域，断口平齐，有金属光泽，表现出晶粒粗大的脆性断口形貌。

在扫描电镜上对钢球断口形貌进行了观察。在钢球表面开裂区域，微观断口为解理断口形貌。在距表面约20mm左右，以脆性解理断裂为主，并伴随有少量韧性断裂。用线切割于另一钢球上取样(10mm×10mm×120mm)时，有一样品自行断裂。观察发现其断面附近有裂纹，断口局部呈棕红色。断口微观分析发现断裂方式为沿晶断裂，而且晶粒非常粗大，表明在锻造加热过程中，有些钢球存在热脆或过烧缺陷。

对原材料和淬火钢球的金相组织进行了分析。原材料组织为珠光体，组织细小。淬火钢球表面为低碳板条马氏体，表明表面存在脱碳现象。亚表面为片状高碳马氏体。心部组织粗大，并有明显的层状特征。

2．工艺分析及改进

钢球采用的锻造温度为1050℃。T7、T8钢作为高碳钢，其终锻温度可以到800℃，甚至到770℃。材料在锻造加热过程中可能由于加热温度或加热时间控制不当，造成过热甚至过烧现象，导致晶粒粗大，使材料塑韧性下降。其次用90mm×90mm×140mm的方坯模锻直径小于120mm的钢球，材料中间部位的变形量小，再加上冷却速度也相对较小，因此该部分晶粒粗大，导致断裂容易在钢球中心发生。

对于T7、T8钢，普通的热处理规范是锻造冷却后，采用球化退火预先热处理，得到粒状珠光体。然后加热到790~810℃，进行水、油双介质淬火，淬后立即回火。该厂采用锻后余热淬火工艺，由于未经球化退火，晶粒粗大，且有带状组织。此外，锻后淬火时的入水温度控制也不够严格，容易偏高。入水温度越高，则淬火时的温度不均匀性越大，淬火应力越大。采用冷却能力很强的水淬火，对于直径达120mm的钢球，其温度分布极不均匀，会形成很高的组织应力。另外，由于水淬的冷却能力强，加上钢球内部的层状组织也比较粗大，进一步加剧心部断裂的可能。生产过程中对淬火件未及时回火，从而导致淬火后发生断裂。

总之，热处理工艺不合理，入水前预冷不充分，水介质淬火、回火不及时或根本未回火，淬火组织粗大，是形成淬火裂纹的原因。因此，对生产工艺进行了改进。通过降低淬火入水温度，提高出水温度，钢球淬火开裂现象基本消除。