中科院金属所新发现：轴承钢的“亮蚀区”并非高温专属，而是普遍

金属轴承作为机械装备的“关节”，在高速旋转的循环载荷下，极易因“积劳成疾”而失效。近日，中国科学院金属研究所的研究团队打破了学界长期以来的固有认知，证实了轴承钢中的“亮蚀区”并非高温轴承钢的专属特征，而是滚动接触疲劳条件下一种普遍存在的材料组织退化模式。这一发现为理解轴承失效机制提供了全新视角，也为研发更抗疲劳的轴承材料奠定了理论基础。

揭开“亮蚀区”的神秘面纱

轴承在运转时，其滚道次表面承受的接触应力最大。材料在长期应力作用下，内部组织会发生退化，最终导致失效，这一现象被称为滚动接触疲劳。在研究过程中，科研人员用酸液腐蚀轴承滚道截面后，通过显微镜可观察到材料次表面出现亮白色的区域，即“亮蚀区”。

过去，学界普遍认为“亮蚀区”仅在航空发动机等使用的高温轴承钢中才会出现，因此并未深入研究其形成机制。

从微观结构探寻共性

为了探究“亮蚀区”为何会变亮及其内部究竟发生了何种转变，研究团队在不同尺度下对其内部微结构进行了细致观察。

研究发现，在毫米尺度下，“亮蚀区”的宽度仅相当于几根头发丝。而在微米尺度下，其内部存在极高密度的小角度晶界。进一步放大到纳米尺度，这些小角度晶界会排列成“蠕虫状”的位错墙结构。随着疲劳进程的加剧，位错墙会进一步演变为孤立的“蜂窝状”位错胞。

研究指出，位错胞这类特殊结构，正是轴承在循环滚动接触应力反复作用下，材料内部不断重组的产物。

普遍性特征的确认

此次研究以最广泛应用的高碳铬轴承钢为对象，发现在滚动接触疲劳过程中，其材料次表面同样会形成“亮蚀区”。这一关键发现证实，“亮蚀区”的形成并不局限于特定的高温轴承钢材料，而是滚动接触疲劳条件下普遍性的材料组织退化模式。

这一突破性发现，不仅为深入理解轴承钢的滚动接触疲劳失效机制开辟了新路径，也为未来设计和发展抗疲劳性能更优的轴承材料提供了重要的理论依据。