摘要
轴承是高端装备的基础零部件，更被称为“装备芯片”，而钢球则是轴承最关键零部件之一。国内现有技术无法使高端装备轴承达到“高精保、高效率、高寿命、高强度、高可靠性”等性能要求，是公认的“卡脖子”技术，而80%的轴承失效都源于钢球失效，因此探究轴承钢球表面性能极为重要。本文基于强化研磨加工技术提出了一种新型钢球强化加工方法——钢球强化研磨加工技术。通过理论分析、有限元模拟及试验验证，研究钢球强化研磨的强化机制，探究经钢球强化研磨加工后GCr15钢球在高温环境下耐磨性能的影响规律，进而探索最佳工艺参数，具体研究成果如下： （1）基于强化研磨加工技术，结合赫兹碰撞理论，构建了钢球强化研磨碰撞－应力理论模型。 （2）通过ABAQUS有限元数值模拟，建立钢球强化研磨加工模型，探索不同研磨罐内壁结构及不同转速对研磨罐内GCr15钢球表面应力分布的影响，并分析GCr15钢球的运动规律，其中6号仿真组的最大残余压应力值为612.8MPa。 （3）采用钢球强化研磨设备对GCr15钢球进行试验，并对各试样的表面形貌、晶粒尺寸、残余应力、显微硬度等性能指标进行测量及分析。结果表明：经钢球强化研磨后试样表面出现大量随机微凹坑和挤出脊，表层组织的晶粒尺寸有不同程度的细化，位错密度增大，表层的残余应力值也有明显提高，其中7号试样表层残余应力值最大，为-612.2MPa，且距表层20μm处的显微硬度值也最大，为916.7HV。 （4）在全部加工试样中选两组强化效果最佳及未加工试验组，采用多功能立式摩擦磨损试验机对其进行25℃、200℃、400℃、600℃等温度下的摩擦磨损试验，通过分析其平均摩擦系数、磨痕形貌、磨损量等，探索钢球强化研磨加工对GCr15钢球耐磨性能的影响规律。结果表明：7号试验组在不同温度下的平均摩擦系数分别为0.46、0.53、0.41、0.38，磨痕宽度分别为754.13μm、767.52μm、658.35μm、640.83μm，磨损量分别为1.77mg、2.16mg、1.27mg、1.01mg，均为最小；且随温度的升高，呈先小幅度增大再减小变化趋势，表现出的耐磨性能最佳，并研究了高温摩擦磨损的作用机理。
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