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本文依托国家863课题,对大功率风电主轴轴承用贝氏体渗碳钢的热处理工艺进行了优化,并进一步优化了化学成分。对最终优化出的主轴轴承圈用G23Cr2Ni2Si1Mo钢表面和心部的组织及性能进行了详细研究,并与经典的马氏体渗碳钢G20Cr2Ni4的组织和性能做了对比;研究了高碳纳米贝氏体轴承钢的显微组织,并探讨了轴承钢中未溶碳化物对纳米贝氏体相变的影响;研究了渗碳及高碳纳米贝氏体钢的滚动接触疲劳性能及其影响因素。通过对G20Cr2Ni4SiMo钢和G20Cr2Ni2SiMoAl钢渗碳后调质球化退火、表层组织和硬度以及心部力学性能的研究,最终优化出风电主轴轴承用贝氏体渗碳钢的球化退火工艺,并进一步优化了化学成分,最终确定了主轴轴承套圈可选用材料及热处理工艺。渗碳合金钢G23Cr2Ni2Si1Mo,经渗碳淬火、高温回火及最终二次淬火(低温等温淬火)后,表面层获得了包含纳米贝氏体、马氏体、未溶球状碳化物及残余奥氏体的混合组织。低温等温淬火试样与传统油淬试样做了对比。结果表明,等温淬火试样比油淬试样获得了更高的表面残余压应力及较厚的表层残余压应力层,并且200oC等温4 h,8 h及24 h试样的表面耐磨性比油淬试样分别高40%,58%和12%,此外等温淬火试样心部冲击韧性比传统油淬试样提高了20.8%-33.3%。对比研究了纳米贝氏体渗碳钢G23Cr2Ni2Si1Mo钢和马氏体渗碳钢G20Cr2Ni4的组织和性能。结果表明,G23Cr2Ni2Si1Mo钢经渗碳及随后的在200?C低温等温淬火后,表层得到了纳米贝氏体和弥散分布的未溶碳化物颗粒。与传统马氏体渗碳钢G20Cr2Ni4相比,贝氏体渗碳钢G23Cr2Ni2Si1Mo展现出更好的耐磨性和更高的滚动接触疲劳性能。此外,G23Cr2Ni2Si1Mo钢的淬透性和综合力学性能均优于G20Cr2Ni4钢。研究了新设计的高碳纳米贝氏体轴承钢GCr15Si1Mo的组织,并着重研究了该钢未溶碳化物对纳米贝氏体相变的影响,结果表明:GCr15Si1Mo钢经低温等温淬火处理后,得到由纳米贝氏体、马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体组成的混合组织。组织中未溶碳化物含量越多,基体的C浓度起伏越大。基体中大的C浓度差,不仅有利于贝氏体铁素体在贫碳区形核,从而缩短了贝氏体相变的孕育期;而且有利于C原子的扩散,从而促进了贝氏体铁素体的长大。因此,组织中未溶碳化物含量越多,则纳米贝氏体相变速率越快,相变完成的总时间越少。在相同等温淬火温度下,即使组织中未溶碳化物体积分数不同,最终组织中得到的纳米贝氏体体积分数基本相同。研究了含相同体积分数未溶碳化物的渗碳以及高碳两种纳米贝氏体钢的滚动接触疲劳性能。结果表明:两种钢表面在化学成分、相组成、贝氏体铁素体板条尺寸、硬度值及残余压应力值大体相似的条件下,渗碳纳米贝氏体钢的滚动接触疲劳寿命比高碳纳米贝氏体钢表现出更大的优越性。渗碳纳米贝氏体钢优异的滚动接触疲劳性能,主要归功于该钢表层更加细小的碳化物的弥散分布、渗碳层中较大的残余压应力且较深的残余压应力层、较高的加工硬化能力以及表面较多的稳定的残余奥氏体的存在。