随着高端设备技术的开发与应用,轴承的使用工况条件将会更加复杂,比如腐蚀、重载、持续的过载、因摩擦或环境温度过高而服役温度升高等。在复杂的工况条件下,轴承中滚动体与套圈接触表面会产生接触疲劳损伤,尤其是瞬时的高温加剧了轴承的损伤,严重影响装备的安全使用。怎样在GCr15轴承钢的基础上提高其滚动接触疲劳性能和耐磨损性能,对于高端装备使用轴承开发具有重要意义。本文试验材料为GCr15轴承钢,将其热处理后采用滚动接触疲劳试验机、微动磨损试验机,研究相同工况下轴承钢的滚动接触疲劳性能及微动磨损特性,分析其微观组织、夹杂物等因素对疲劳裂纹形核和扩展的作用机制。同时,通过研究温度对于GCr15轴承钢的滑动摩擦磨损特性的影响,揭示温度、非金属夹杂、微观组织和服役条件对GCr15轴承钢疲劳失效的影响规律。采用ANSYS Workbench软件,对51206推力球轴承的滚动接触过程,进行了静力学仿真分析。有限元仿真结果模拟出,滚动体与套圈局部接触应力为4524.5 MPa,这与赫兹理论,计算得到的接触应力4373.2 MPa接近。仿真结果说明:采用数值模拟手段,分析轴承在载荷作用下的接触应力与实际情况相符,为接下来研究轴承钢的滚动接触疲劳性能及磨损性能提供了理论依据。研究了GCr15轴承钢的滚动接触疲劳行为。分析了GCr15轴承钢非金属夹杂物级别、微观组织对其滚动接触疲劳性能的影响。研究发现:当夹杂尺寸较大时会降低其滚动接触疲劳寿命,而且轴承钢材料本身夹杂物的种类越多、级别越高,其滚动接触疲劳寿命就越低。在滚动接触压力的循环作用下,轴承钢滚动接触表面的疲劳裂纹会沿着材料本身所含有的缺陷（非金属夹杂、网状碳化物）继续延伸扩展,形成剥落,导致试验钢滚动接触疲劳失效。滚动接触疲劳裂纹的扩展方向沿轴承钢材料本身所含有的硫化锰、氧化铝、氧化硅系氧化物以及大尺寸链状的稀土夹杂、碳化物向材料内部及材料表面同时扩展,从而在剥落凹坑内部呈现层片状剥落结构。研究了GCr15轴承钢微动磨损的行为,分析了GCr15轴承钢非金属夹杂物级别、微观组织对其微动磨损性能的影响。研究发现:轴承钢的微动磨损性能与原材料本身的夹杂物、碳化物的不均匀性密切相关。轴承钢原材料本身含有的夹杂物级别越高时,在微动磨损时容易形成较深的犁沟,其微动磨损率越高,摩擦系数越高,耐微动磨损性能越差。微动磨损过程中,轴承原材料中的网状碳化物处容易产生疲劳裂纹。研究分析了温度对GCr15轴承钢滑动磨损行为的影响。研究发现:不论室温还是高温条件下,随着磨损时间的增加,试验钢的摩擦系数都呈现先增大后减小逐步趋于稳定的趋势。其中试验钢在室温下的平均摩擦系数最低,在100℃下的平均摩擦系数最高,这与磨损机制有关;从磨损体积看,试验钢在室温下的耐磨性能优于100℃、150℃、200℃下的耐磨性能;随着温度升高,试验钢耐磨性能变差,而在150℃下的磨损体积最高,耐磨性能最差,这与试样的氧化程度增加有关;当试验温度为200℃时,虽然氧化程度增加,但由于此时试验钢内部组织产生了变化,塑性增加,耐磨性能并没有明显降低。