【摘 要】
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GCr15轴承钢是目前最常用的工业用钢之一,是应用于各类装备基础零部件的主要材料。本文以GCr15轴承钢为研究对象,通过强化研磨加工GCr15轴承钢前后的显微组织结构变化,研究强化研磨加工GCr15轴承钢前后的耐腐蚀行为。首先从强化研磨的碰撞理论出发,分析强化研磨加工对GCr15轴承钢表层组织结构的影响;根据相关文献,利用元胞自动机对GCr15轴承钢耐腐蚀行为过程进行模拟,得到不同晶粒尺寸下的GC
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“机器人减速器轴承强化喷射研磨加工效应及界面层形貌结构演变机理研究（项目编号:51975136）”； 国家自然科学联合基金重点项目“基于可控强化研磨加工的工业机器人轴承件设计与制造基础研究（项目编号:U1601204）”； 国家重点研发计划项目课题“精密机床主轴轴承示范应用及工业试验平台研究（项目编
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GCr15轴承钢是目前最常用的工业用钢之一,是应用于各类装备基础零部件的主要材料。本文以GCr15轴承钢为研究对象,通过强化研磨加工GCr15轴承钢前后的显微组织结构变化,研究强化研磨加工GCr15轴承钢前后的耐腐蚀行为。首先从强化研磨的碰撞理论出发,分析强化研磨加工对GCr15轴承钢表层组织结构的影响;根据相关文献,利用元胞自动机对GCr15轴承钢耐腐蚀行为过程进行模拟,得到不同晶粒尺寸下的GCr15轴承钢腐蚀演变过程;采用单一变量法,获得不同强化研磨加工时间的各试样,对其进行显微组织结构和性能观察和分析;对强化研磨加工前后的各试样进行耐腐蚀试验,通过腐蚀前后的显微组织结构和性能来研究其耐腐蚀行为过程。主要结论如下:（1）GCr15轴承钢经过强化研磨加工时,钢珠-研磨粉对其表面高速冲击发生碰撞,造成材料表层发生塑性变形,产生塑性强化层,使得位错密度有所增大,晶粒尺寸有所变小,进而材料更耐腐蚀。（2）通过元胞自动机模拟了GCr15轴承钢耐腐蚀行为过程,发现耐腐蚀过程中点蚀坑深度扩展较快,而宽度在前期扩展较快,中后期扩展较慢,金属被溶解的速度基本维持不变,被溶解元胞呈线性增长;通过相关文献和公式,改变金属材料自身的参数d值,建立了不同晶粒尺寸下的GCr15轴承钢与耐腐蚀行为的关系模型,发现d值越小,金属材料晶粒越细化,耐腐蚀性较好。（3）强化研磨加工后GCr15轴承钢产生塑性变形层,随着加工时间的增加,塑性变形层厚度从50μm增加到115μm;位错密度由0.2×1015m-2（3min）增加至3.7×1015m-2（15min）,晶粒尺寸由23.2μm（3min）降低到3.7μm（15min）;马氏体变得更细短,与奥氏体和碳化物出现混合,没有明显的区别;表面粗糙度平均值增加了0.03～0.15;表面硬度提高了85%～100%,且硬度会随距离加工面的增加而降低,直到最后与基体的硬度相同。（4）从电化学腐蚀试验可以看出,随着加工时间的进行,各试样的自腐蚀电位在590m V～630m V范围内而自腐蚀电流在338.51～380.43m A/cm2范围内;经过强化研磨后各试样腐蚀速率都出现下降,加工时间在9min时试样D腐蚀速率最低,腐蚀速率降低了11.02%。位错密度增加和晶粒细化使得表面塑性变形层更加致密,腐蚀液不易进入晶界缝隙发生腐蚀反应;马氏体变得较为细短并与碳化物出现混合,导致腐蚀反应难以顺利进行;硅、铬含量增加,有助于GCr15轴承钢形成钝化膜阻碍腐蚀反应的发生。（5）从浸泡腐蚀试验可以看出,随着加工时间的进行,各试样的表面形成的腐蚀坑面积远远小于未经加工的试样;硅、铬含量;浸泡7天腐蚀速率由18.8mg/cm2·d,降到最低11.1mg/cm2·d。说明强化研磨可以让GCr15轴承钢更耐浸泡腐蚀,且在加工9min时效果最好。（6）从摩擦腐蚀试验可以看出,随着加工时间的进行,各试样的摩擦系数和磨损量都开始降低,腐蚀速率从最高116.2mg/cm2降低到最低12.1mg/cm2;表面没有出现明显的腐蚀坑,金相上磨痕宽度变窄;硅和铬增加。说明强化研磨后的GCr15轴承钢耐摩擦腐蚀效果明显。
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