GCr15钢激光固态相变滚动接触疲劳性能研究

张群莉, 胡牛楠, 项一侯, 陈智君, 王建刚, 陈凯, 安少刚, 姚建华

表面技术 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (7) : 129-138, 150.

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表面技术 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (7) : 129-138, 150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.07.011
激光表面改性技术

GCr15钢激光固态相变滚动接触疲劳性能研究

  • 张群莉1, 项一侯1, 胡牛楠2, 陈智君2, 姚建华2, 王建刚3, 陈凯4, 安少刚5
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Rolling Contact Fatigue Property of GCr15 Steel by Laser Solid-state Phase Transformation

  • ZHANG Qunli1, XIANG Yihou1, HU Niunan2, CHEN Zhijun2, YAO Jianhua2, WANG Jiangang3, CHEN Kai4, AN Shaogang5
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摘要

目的 基于高速列车运行工况的复杂性,更高的转速将导致其轴承滚道发生更严重的磨损,需要硬度更高、深度更深的强化层保护轴承在高周次循环下的正常运行,采用深层强化技术,深入研究强化层深度对其滚动接触疲劳性能的影响,以期指导工程实践。方法 采用平面线接触滚动接触疲劳装置,分析不同强化层深度对GCr15轴承钢滚动接触疲劳性能的影响。使用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、激光共聚焦显微镜等设备分析不同深度强化层的组织转变和滚动接触疲劳损伤机理。结果 GCr15轴承钢表层因激光固态相变的快速加热和冷却过程,形成隐晶马氏体,碳化物形态由不规则聚集转变为更均匀、更细小的球状碳化物,表层硬度显著增加。同时,激光固态相变引入了最高达373 MPa的残余压应力,残余压应力对抑制裂纹扩展具有显著效果,可使材料在保持较好耐磨性的同时提高其滚动接触疲劳性能。结论 在相同的疲劳试验条件下,强化层深度越大,材料的抗塑性变形能力越强,裂纹扩展更困难,疲劳损伤由表面早期大面积剥落转为局部剥落损伤,该研究可为高速列车轴承的表面强化处理提供参考。

Abstract

Due to the complex operating conditions of high-speed trains, higher speed usually causes more serious wear on the bearing raceways. Therefore, a hardened layer with higher hardness and deeper depth is required to protect the normal operation of bearings under high-cycle cycles. By adopting deeper strengthening technology, this study focuses on the influence of hardened layer depth on rolling contact fatigue performance to guide engineering practice.

关键词

激光固态相变;GCr15轴承钢;滚动接触疲劳性能;损伤机理

Key words

laser solid-state phase transformation; GCr15 bearing steel; rolling contact fatigue performance; damage mechanism

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张群莉, 胡牛楠, 项一侯, 陈智君, 王建刚, 陈凯, 安少刚, 姚建华. GCr15钢激光固态相变滚动接触疲劳性能研究[J]. 表面技术. 2025, 54(7): 129-138, 150
ZHANG Qunli, HU Niunan, XIANG Yihou, CHEN Zhijun, WANG Jiangang, CHEN Kai, AN Shaogang, YAO Jianhua. Rolling Contact Fatigue Property of GCr15 Steel by Laser Solid-state Phase Transformation[J]. Surface Technology. 2025, 54(7): 129-138, 150

基金

国家重点研发计划(2023YFB4603400);浙江省“尖兵”攻关计划(2023C01064,2024SJCZX0040);浙江省高层次人才特殊支持计划(2023R5210)

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