GCr15高碳铬轴承钢作为最典型的轴承钢,具有高疲劳强度、高硬度和耐磨性、良好的冲击韧性和尺寸稳定性等优良的力学性能。GCr15轴承钢主要被用作制备滚动轴承和滚动环等重要基础件,轴承被喻为“设备的关节”,广泛应用于公路交通工具、精密设备、高铁动车、航空航天和大型能源机械等各个重要产业和领域。轴承钢组织和性能的稳定性直接决定着设备的安全和效率,提升GCr15的性能将促进高端轴承产业的发展,从而极大地促进现代工业的发展。然而大部分提升轴承钢性能的方法都存在生产量局限、成本高、综合力学性能不好或工艺周期过长等问题,本文将通过孕育处理对GCr15的组织进行优化,提升GCr15的综合力学性能。基于材料热力学原理,采用原位反应和高能球磨技术制备了Nb C-Ti C@Graphene/Fe和VC-Ti C@Graphene/Fe两种石墨烯包覆纳米陶瓷颗粒孕育剂,孕育剂的平均晶粒尺寸均在30nm以下,并且纳米陶瓷颗粒被石墨烯和非晶组分包围。孕育剂中的纳米陶瓷颗粒对夹杂物具有较强的吸附能力,纳米陶瓷颗粒对夹杂物进行吸附,从而降低了晶界夹杂物的含量。原位生成的纳米陶瓷颗粒以铁基为基体,与GCr15具有良好的润湿性,使其在钢液中均匀成核。本课题研究了孕育处理对轴承钢的铸态和热处理后组织的优化机制。孕育处理提高了铸态组织的形核率,珠光体层间距和晶粒尺寸明显减小。轴承钢进行了锻造和退火之后,进行了多种温度的淬火和回火得到最佳的热处理工艺,最终轴承钢获得了细小的隐晶态马氏体组织。孕育处理细化了晶粒,改变了相组成,产生了性能更优异的Cr7C3。孕育剂中的石墨烯与Cr发生原位反应生成Cr7C3,颗粒边缘存在着少量的奥氏体。孕育处理后的GCr15中奥氏体分布在马氏体片的周围,使得冲击韧性大幅提升,并且发现Fe Cr相、马氏体相与Cr7C3相是共面结构,其Fe Cr在Cr7C3上形核生长,马氏体可在Cr7C3和Fe Cr上形核生长。本课题研究了孕育处理和热处理后GCr15轴承钢宏观性能与微观结构的关系。经过两种孕育剂的变质细化后,GCr15的组织得到优化,性能得到了不同程度的提高,其中Nb C-Ti C@Graphene/Fe孕育剂孕育处理轴承钢的组织和性能更好。轴承钢孕育处理和热处理后的硬度从59.9 HRC提高到61.2 HRC。在相同的实验条件下,孕育处理后的GCr15纳米陶瓷颗粒更多,使得硬度更高,更容易抵抗摩擦磨损的作用,测试结果显示磨损率下降了53.1%。孕育处理后GCr15的拉伸强度提高了259.18 MPa,达到2246.69 MPa。孕育处理使得轴承钢的冲击韧性提高了150.91%,达到125.33 J/cm2。