于法兴, 姚鑫宇, 丁昊昊, 王梁, 张群莉, 申志新, 王文健
大型风电主轴承在长期循环接触应力作用下,容易发生滚动接触疲劳损伤。激光固态相变技术可以提升材料力学性能,但其对材料后续服役损伤的影响尚不明确。为了探究激光固态相变对42CrMo轴承滚道材料表面性能的影响和相变后裂纹的萌生与扩展机理,对42CrMo钢表面进行单一激光固态相变和激光-感应复合固态相变处理,分析不同处理工艺下材料微观组织与硬度的变化规律。通过MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机,对比分析不同相变方式对42CrMo钢滚动磨损与接触疲劳性能的影响。结果表明：在单一激光固态相变过程中,由于激光多道搭接,形成了由马氏体构成的硬化区和由回火马氏体构成的软化区。软化区表面平均硬度为405 HV0.2,硬化区表面平均硬度为562 HV0.2,较基体提升87.96%。经激光-感应复合固态相变后,微观组织全部由马氏体组成,平均硬度为724 HV0.2,比单一激光固态相变硬化区高28.83%。干态下滚动接触磨损之后,相较于未处理试样,单一激光固态相变试样和激光-感应复合固态相变试样的磨损量分别下降93.20%、96.14%。在滚动接触过程中,当塑性变形超过塑性应变极限时,裂纹开始萌生,未处理试样的裂纹穿晶扩展快,裂纹突破塑性变形层后发生弯折,然后以近乎于水平的方向持续扩展,表面裂纹相交,造成材料剥落;同时,斜裂纹上方会产生垂直裂纹,也会导致材料发生断裂剥落。单一激光固态相变试样的裂纹均未突破塑性变形层,软化区多为分层裂纹,层间材料在循环法向力作用下容易断裂。激光-感应复合固态相变试样的裂纹以平行于表面的趋势扩展后,受剪切应力而断裂,形成剥落坑。经过激光固态相变处理后,42CrMo钢的耐磨性和抗疲劳性显著提升,其中激光-感应复合固态相变的耐磨性和抗疲劳性提升最为显著。
