【摘 要】
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GCr15轴承钢是一种合金元素较少、具有良好性能的高碳钢,被广泛应用于制造轴承等机械零部件。由于轴承零件的工作环境较为恶劣,在服役过程中长期受到周期性交变负荷的影响,甚至有时无法得到良好的润滑,导致表面很容易发生失效从而降低轴承零部件的服役寿命。因此通过强化研磨加工技术对GCr15轴承钢材料进行表面强化处理,改善其耐磨性能,从而达到延长轴承等零部件的使用寿命的目的。本文首先对强化研磨加工过程以及磨
【基金项目】
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国家自然科学基金-广东联合重点基金“基于可控强化研磨加工的工业机器人轴承套圈设计与制造基础研究（U1601204）”； 国家自然科学基金项目“轴承钢球离心摆动式富氮强化研磨高效加工机理研究（52075109）”； 广州大学研究生“基础创新”项目“基于强化研磨加工的轴承套圈耐磨性机理研究（2019GDJC-M21）”；
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GCr15轴承钢是一种合金元素较少、具有良好性能的高碳钢,被广泛应用于制造轴承等机械零部件。由于轴承零件的工作环境较为恶劣,在服役过程中长期受到周期性交变负荷的影响,甚至有时无法得到良好的润滑,导致表面很容易发生失效从而降低轴承零部件的服役寿命。因此通过强化研磨加工技术对GCr15轴承钢材料进行表面强化处理,改善其耐磨性能,从而达到延长轴承等零部件的使用寿命的目的。本文首先对强化研磨加工过程以及磨损实验进行理论分析,得出强化研磨工艺参数对轴承钢表面撞击变形区的压力和变形的关系。利用DOE试验设计方法对强化研磨加工实验方案进行设计,随后依据DOE试验方案对淬火态GCr15轴承钢板进行强化研磨加工处理,利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪以及显微硬度计等仪器对强化研磨组试样和空白组试样的强化层厚度、表面微观形貌、表层微观组织和物相分布以及截面显微硬度分布情况做相关测试。利用往复式摩擦磨损试验机对比空白组和强化研磨试样分别在40N、60N和80N载荷下的干摩擦和油润滑耐磨性能,最后分析各试样的摩擦系数和磨损量,观察其表面磨痕形貌并分析磨损机理,探究强化研磨加工后试样的表层微观组织与耐磨性能的影响规律。本文的主要结论如下:（1）喷射压力越大,喷射时间越长以及喷射角度越大时,试样表层强化层厚度越大,强化研磨加工实验组试样的强化层厚度在30-100μm之间,其中H组试样的强化层厚度最大（93μm）。由表面微观形貌结果分析得,喷射压力越小、喷射时间延长以及喷射角度越大时,研磨料对钢板的塑性变形和微切削效应越不明显,试样的平整度更好。（2）强化研磨试样表层的马氏体含量较空白组均有所增加。喷射压力和喷射时间对马氏体含量得影响较大,喷射角度的影响较小,马氏体的含量增加,晶粒尺寸减小,同时位错密度增大,从1.954×1014m-2（空白组）增大至1.8632×1016m-2。H组试样的显微硬度最高为864.3HV随着距离表面深度增加,显微硬度值逐渐降低至与基体相同。（3）强化研磨加工可以降低GCr15轴承钢的摩擦系数和磨损量。在干摩擦还是油润滑摩擦磨损实验中,H组试样的摩擦系数最低,干摩擦40N、60N和80N载荷下的摩擦系数相较空白组分别降低了12.46%、16.04%、16.42%,磨损量分别为1.2mg、3.8mg、4.6mg。对于油润滑摩擦磨损实验而言,H组相比空白组试样在40N、60N和80N载荷下的摩擦系数分别降低了24.95%、17.88%、22.22%,磨损量依次为0.2mg、0.4mg和0.6mg。这与强化研磨加工试样的马氏体含量较高、晶粒尺寸较小有关,其中H组试样的马氏体含量最高达到81.43%,晶粒尺寸为8μm,具有最佳的耐磨性。
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