【高玉和说钢球】锻造成型磨球的内部流纹及性能

高玉和，伊莱特能源装备股份有限公司总裁，从业三十年的钢球专家，精通技术、擅长管理、还懂销售，对钢球的热爱之情发于心底且溢于言表，最常说的一句话是：“钢球是圆的，钢球是有灵性的！”

大家好， 本期的《高玉和说钢球》由我来和大家一起分享。我是伊莱特耐磨介质事业部质检科长张天文，毕业于沈阳大学材料科学与工程学科硕士研究生，从事钢球制造及热处理工作已有近7年的时间。有幸加入伊莱特耐磨介质团队，成为高总的徒弟，在他的指导下学习钢球质量控制、进行相关工作。

在锻造耐磨钢球时，圆钢的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布。塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常被称为锻造流线，也称流纹。当锻造钢球达到一定的锻造比后，由于锻造流线明显形成，钢球沿流线纵向上的力学性能，尤其是塑性和韧性将显著高于流线横向。

目前，常见的耐磨钢球成型工艺主要有铸造、锻造和轧制这三种。而针对大直径的钢球来说，其主要的生产工艺多为锻造和铸造，其中锻造磨球的前景**。

锻造钢球的表面质量好、抗冲击性好、韧性强、耐磨性好、不易破碎和失圆。常使用锻造的方法生产，这是一种将金属加热到1050ºC(±50ºC)，利用锻压机械对金属施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造，能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构。同时，由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

锻造磨球所采用的坯料为热轧圆钢，锻造过程中有比较大的塑性变形量，使得锻球内部组织致密，内部组织和晶粒尺寸更为均匀细小，使得锻球的硬度高、韧性好，不易破碎。

而锻造磨球也存在两种不同的成型工艺，即自由锻和模锻。自由锻是工人凭经验操纵自由锤，利用锤自上而下的冲击力对坯料施加变形，使圆棒得到所需要的外部形状及内部性能的锻造加工工艺；而模锻是将坯料固定于模锻设备上的模具内进行一次成型的锻造工艺。

图1 耐磨钢球成型工艺

以φ120mm锻球为例，模锻工艺：将直径为Φ80mm的棒坯，锯切成长度为185mm的圆柱棒材后，加热后模锻锤一次模锻成型。自由锻工艺 ：将直径为 Φ80mm 的棒坯，加热后利用750kg空气锤锻打25～35次成型。

为了分析不同成型工艺下，磨球的金属流动规律，对两组钢球制样后进行金属流线实验。金属流线实验：沿着纵向对试样取整个圆面或者半个圆面，将表面磨光后使用1:1盐酸水溶液加热到60℃～80℃腐蚀一段时间，即可看到试样纵切面的金属流线。下图2是四种试样的金属流线图，试样是沿着纵向切下来的半径为3mm的圆片，经盐酸腐蚀后的结果。可以看出，相对于模锻试样，自由锻试样的流线线条更加细致。这是由于自由锻试样锻打锤数更多，与模锻相比，沿各个方向的变形量上下波动较小，使得有间杂物、偏析等形成的金属流线分布也更均匀。

从横向上的分布来看，模锻的流线模糊且较较为稀疏，经测量，其流线距试样边部距离约30mm，而自由锻试样的流线距边部约35mm。这样会导致在实际应用中，表面淬硬层被磨掉之后，由于模锻试样锻造流线粗糙且范围大，钢球更加容易磨损失效。