轴承作为机械设备中重要的传动部件,在正常服役工况下主要承受接触疲劳载荷。随着高速列车、大型风力发电机等机械设备向着重载、高速化方向发展,轴承所处的工况日益复杂和恶劣,使得轴承的失效问题日益严重,寿命远低于设计寿命。轴承的接触疲劳问题是科学界和工程界面临的一大难题。轴承失效的主要模式之一是在接触亚表面形成的白色蚀刻区（White Etching Area,WEA）和与之伴随的白色蚀刻裂纹（White Etching Crack,WEC）。WEA是由细化的纳米晶粒组成。尽管国内外学者对WEA和WEC进行了广泛和深入的研究,但在WEA的形成机理方面存在很大的分歧。目前报道的主导机理主要是:夹杂处的氢聚集诱发WEA和WEC、裂纹面相互摩擦引起组织细化产生WEA、局部塑性变形诱发碳化物溶解、低温再结晶机制等。然而,WEA形貌显示出典型的应变局域化特征:大变形的组织形貌（拉长的渗碳体）和高度局域化的变形带。这与高速冲击下形成的绝热剪切带有很大的相似性,且都是在剪切压缩载荷下产生。但研究者们不接受WEA是剪切带的观点,原因有两个:（1）剪切带（Shear Band,SB）是在绝热条件下形成的绝热剪切带（Adiabatic Shear Band,ASB）,这需要高应变率的条件;而接触疲劳是在准静态加载下形成的。（2）SB的形成是瞬间完成,而接触疲劳下的WEA是经过大量循环次数后逐步缓慢形成。本文基于对WEA的详细分析,采用特殊的试样在准静态压缩下产生了SB,提出了新的WEA形成机理:即WEA的本质是SB,WEA和SB是材料在局部剪切大变形下的共同响应,并非接触疲劳载荷下独有的性质。论文的主要研究内容包括以下四个方面:（1）接触疲劳亚表面WEA的微观组织特征及形成机理在接触疲劳载荷下产生了不同形貌的WEA,本文按照WEA中微观组织是否发生相变,将其归类为形变WEA和相变WEA。形变WEA呈现出马氏体和渗碳体被拉长的典型特征,是由纳米晶马氏体、亚晶和高密度位错组成;相变WEA呈现出高度局域化的致密组织。微观组织由大量的非晶组成,其中弥散着3-50 nm的纳米晶,且发生了严重的奥氏体相变（bcc马氏体转变为fcc奥氏体）,相变WEA内残余奥氏体（Retained austenite,RA）含量由3%升高至20%。分析结果表明,形变WEA的形成是在大变形主导机制下的晶粒细化机制,而相变WEA是机械主导,但是否有热的影响还未可知,这也是目前研究接触疲劳的难点之一。（2）准静态剪切-压缩载荷下的SB形成采用剪切压缩试样（Shear-compression Specimen,SCS）在准静态压缩加载下产生了大量的SB。这说明SB的产生并不是非高应变率不可,高温软化并不是SB产生的必要条件。SB呈现出典型的白色蚀刻形貌。在断口上发现了大量的熔融。SEM和TEM结果表明,SB也由两类组成:形变SB和相变SB。形变SB和形变WEA结构一样,是拉长的马氏体和渗碳体,由细化的纳米晶、亚晶和高密度位错组成。而相变SB是由bcc和fcc相的等轴晶和纳米晶组成,其中发生了大量的奥氏体相变。形变SB是大变形下的晶粒细化机制,而相变SB是由于剪切试样断裂时产生的高温（断口上产生了大量熔融物）而诱发的动态再结晶机制主导。（3）WEA的本质是SB形成机理数字成像技术（Digital Image Correlation,DIC）对应变局域化的研究结果表明,SB的产生是一个应变局域化的过程。经历了最初的均匀弹性变形、塑性变形局域化、应变高度局域化和断裂的逐步形成和发展的过程。尽管接触疲劳的宏观应变很低,但局部应变可达0.6。分别从剪切局域化、与裂纹的关系、微观组织特征和形成机理对WEA和SB进行了详细的对比分析,得出WEA的本质是SB,两者是大剪切塑性变形下应变高度局域化的结果。（4）接触疲劳亚表面裂纹的沿残余奥氏体晶界的扩展为了进一步排除WEA不是裂纹面的相互摩擦产生,本文研究了亚表面裂纹的扩展。通过苦味酸溶液腐蚀出原奥氏体晶界,分析接触亚表面的疲劳裂纹扩展路径。在接触表面萌生的裂纹向亚表面扩展,其扩展路径受到原奥氏体晶界的影响。EBSD的结果表明,亚表面的裂纹扩展倾向于沿原奥氏体晶界扩展。裂纹附近材料表现出明显的织构,裂纹的扩展路径优先选择[101]和[111]取向的晶粒边界。对于穿过晶界扩展的裂纹,裂纹沿着残余奥氏体的晶界扩展,并且残余奥氏体均匀地分布在裂纹面之间或一侧裂纹面上。接触表面的塑性变形诱发残余奥氏体向马氏体转变,变形层的残余奥氏体含量由基体的30%降低到3%,而未受到变形影响的基体的残余奥氏体含量没有变化。