机体滚动轴承是飞机机械设备支承和维持转动的关键基础零部件,轴承的性能直接影响着飞机运行过程中的安全性与可靠性。很大程度上,滚动轴承的性能取决于轴承材料特性,轴承套圈的硬度和残余应力等参数的梯度分布直接影响其服役寿命,且这种分布特性与套圈滚道淬火工艺密切相关。而感应淬火工艺具有加热平稳、效率高、可对工件需要加热的部位选择性加热以及节能、环保等诸多优势,满足轴承套圈淬火要求。但是感应淬火是一个涉及到电磁、传热、相变和应力应变的多物理场耦合的复杂过程,传统的研究方法无法精确高效地评估整个淬火过程,而数值模拟研究方法能够直观反映淬火过程中组织与性能变化。所以为使机体滚动轴承套圈获得良好的物理性能,采用数值模拟方法对其感应淬火组织模拟与性能调控进行研究是十分有必要的。本文以某型号机体滚动轴承(双列调心滚子轴承)套圈为研究对象,通过JMat Pro材料性能模拟软件与实验获得了高氮钢30Cr15Mo1N材料物理模型。并采用DEFORM有限元分析软件,考虑轴承内外圈结构差异,建立了该机体滚动轴承套圈感应淬火过程数值模拟模型。采用分段电流密度的感应淬火方式分析了轴承内圈感应淬火特征。研究结果表明:感应加热电流密度分段设置,可以使与线圈距离不同的内圈滚道表面均匀受热,尖角位置温度会出现突变。电流密度越高加热效率越高,内圈滚道表面与线圈距离较大的位置应适当增大电流密度。淬火后滚道表面残留奥氏体含量约6.97%,马氏体含量约为92.3%,表面硬度约为60.9HRC,滚道淬硬层深度约为2.97mm。深冷处理后残余奥氏体含量降低到1.27%,马氏体含量提高到96.9%,硬度为62.8HRC。残余应力沿内圈中心径向平面对称分布,且次表层残余应力最大,深度约为2mm,值约为190MPa。采用常规的感应淬火方式分析了轴承外圈感应淬火特征。研究结果表明:同为高频电流频率下,外圈滚道淬硬层深度及残余应力随电流频率及电流密度的增加而增大,随线圈转速的增加而降低。二次响应曲面能够很好地拟合外圈感应淬火模拟结果,对于淬硬层深度各因素显著程度依次为电流频率、电流密度、线圈转速,对于残余应力各因素显著程度依次为线圈转速、电流密度、电流频率。最优工艺参数为线圈转速0.049r/min、电流频率246kHz、电流密度6.5×10~7A/m~2。淬火后滚道中心淬硬层深度、密封圈凹槽淬硬层深度和滚道中心次表层残余应力分别为1.609mm、0.595mm和146MPa,滚道表面残余奥氏体含量约为8.53%,马氏体含量约为89.61%,表面硬度约为60.4HRC。深冷处理后,滚道中心淬硬层深度、密封圈凹槽淬硬层深度和滚道中心次表层残余应力分别为1.642mm和0.608mm和120MPa,滚道表面残余奥氏体含量约为1.43%,马氏体含量约为95.91%,表面硬度约为62.5HRC。根据数值模拟所采用的工艺参数对轴承套圈进行感应淬火试验,将试验后轴承套圈性能与模拟结果进行对比分析。研究结果表明:模拟结果与试验结果误差在13%以内,证明本文研究成果的可靠性与正确性良好。本文针对机体滚动轴承套圈感应淬火过程,采用不同的淬火方式分别对轴承内外圈进行感应淬火数值模拟,并通过试验验证了模拟结果的正确性。感应淬火电流密度分段设置适用于小型复杂零件的表面淬火,仿形淬火适用于较规则零件的表面淬火,针对不同几何形状的零件,使用不同的淬火方式能够得到均匀的淬火组织。本文的研究对该型号机体滚动轴承套圈感应淬火工艺的制定具有一定的指导意义。