高合金表面硬化轴承钢的滚动接触疲劳行为研究

吴志伟，杨卯生，赵昆渝

（1.昆明理工大学 材料科学与工程学院，昆明 650093；2.钢铁研究总院 特殊钢研究所，北京 100081）

随着航空、航天、高铁等领域的快速发展，轴承需要在高载荷、高转速、高温、腐蚀等苛刻环境中工作，因此对轴承材料提出了更高的要求，不仅需要具有较高的表面强度和硬度，还需要具有良好的韧性[1]。高合金表面硬化轴承钢属于低碳高合金钢，使用温度可以达到500 ℃，具有较好的综合性能，能满足在恶劣环境中使用的需求，是具有巨大潜力的新一代轴承钢。渗碳处理后，钢获得了高的表面硬度和表面残余压应力，同时其承载能力提高，表面裂纹的形成得到抑制，疲劳寿命提高[2-4]。接触疲劳失效是轴承的主要失效形式之一，由于在破坏前无宏观变形特征，和静载力下的破坏相比，更具有危险性。

低碳或中碳低合金钢表面渗碳后，基体表层获得了较高的碳含量，再配合合适的淬火和回火热处理工艺，可以使渗碳层为硬度高、耐磨性好的高碳马氏体+碳化物组织，心部为强度较低、韧性较好的板条马氏体组织。Tomotake Hirata 等[5]研究了激光气体渗碳对低合金钢的影响，通过优化激光辐照，大大缩短了渗碳时间。Shengrui Su 等[6]研究了15MnNi4Mo 钢渗碳后的组织演变，探讨了亚温淬火对渗碳层硬化机理的影响。Yanhui Wang 等[7]对23Cr2Ni2Si1Mo 钢进行渗碳处理，之后再通过200 ℃低温等温淬火，使钢具有良好的应力状态、较高的耐磨性和较高的韧性，有利于提高渗碳钢零件的使用性能。渗碳过程中，钢中的Cr、Mo、V、W 等容易与C 结合，形成碳化物。……