超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面纳米化与摩擦磨损性能的影响

目的 利用超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面进行强化处理，并研究超音速微粒轰击对材料表层组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。方法 采用三维显微形貌仪、透射电镜、背散射电子仪、扫描电镜、X射线残余应力分析仪、显微硬度仪等仪器观测GCr15SiMn轴承钢强化前后的微观组织、表面粗糙度、力学性能，并使用UMT-2摩擦磨损试验机对试样强化前后的摩擦磨损性能进行检测。结果 经过超音速微粒轰击强化处理的GCr15SiMn钢试样的表面粗糙度增加，表层结构发生严重的塑性变形，形成约20 μm厚的塑性变形层，片状马氏体细化至纳米级，平均晶粒尺寸约为13 nm，碳化物平均粒径由0.48 μm减小到0.45 μm，数量增加了约18%。试样表层引入了300 μm的硬化层，表面硬度从740HV0.05提高到了996HV0.05，距表面10 μm处出现硬度最高值为1 056HV0.05，硬度提高了42.7%。试样引入深度为60 μm的残余压应力层，样品表面残余应力为?1 246 MPa左右。经过超音速微粒轰击后，强化试样平均摩擦因数略高于原始试样，而磨损率得到了大幅度降低，磨损机理主要为磨粒磨损，伴有少量的氧化磨损和黏着磨损。结论 经过超音速微粒轰击的GCr15SiMn轴承钢表面粗糙度增加，表层晶粒细化至纳米级;表层构建了残余应力层和硬化层;强化引入的残余应力和因强化处理引起的加工硬化、细晶强化改善材料的耐磨性。

Surface Microstructure and Tribological Properties of GCr15SiMn Bearing Steel under Supersonic Fine Particle Bombardment