疲劳寿命是滚珠丝杠副可靠性的重要指标。目前国内对滚珠丝杠副的选材与热处理工艺开展了大量的实验研究,产品质量有很大改进,但对滚珠丝杠副的疲劳寿命研究却不多见。国产滚珠丝杠副在精度和疲劳寿命等可靠性方面与国外高档产品相比尚有较大差距。因此,在优选国产滚珠丝杠副材料和优化热处理工艺基础上,开展疲劳寿命试验研究,对提高国产滚珠丝杠副的质量具有重要意义。本文对国内传统GCrl5钢滚珠丝杠进行了疲劳试验与失效分析,对其材质与工艺缺陷进行了研究。在此基础上,对国产080 mm大规格滚珠丝杠的选材与热处理工艺进行了优化,将山东博特精工股份有限公司生产的55CrMo钢滚珠丝杠副与同规格的台湾产50CrMo4钢、日本产50CrMo4钢滚珠丝杠副进行了疲劳试验。通过表面形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、硬度梯度分布检测等手段进行了疲劳试验结果对比和失效分析。研究结果表明,传统GCr15钢滚珠丝杠易于发生早期失效的主要原因是丝杠沟槽底部(即工作部位)的表面淬硬层硬度梯度分布不合理,这与钢材选用和表面感应加热淬火工艺不当有关。选定国产55CrMo合金结构钢为Φ80 mm及以上大规格滚珠丝杠的专用材料。预先热处理工艺采用调质处理,表面感应加热淬火工艺采用四匝感应圈和优化的工艺参数。因此,55CrMo钢滚珠丝杠基体和表面淬硬层的组织合理、性能改善,保证了大规格滚珠丝杠的质量要求。疲劳试验结果表明,在相同试验条件下,山东博特精工股份有限公司产080mm规格55CrMo钢滚珠丝杠副的疲劳寿命最长,而日本产50CrMo4钢和台湾产50CrMo4钢滚珠丝杠副的疲劳寿命依次降低。因此,55CrMo钢滚珠丝杠副的综合性能指标达到或超过了台湾和日本同类产品的先进水平。失效分析结果表明,山东博特精工股份有限公司产55CrMo钢滚珠丝杠副的失效原因主要是,B螺母中GCrl5钢球破损,从而对螺母的滚道表面造成擦伤,钢球的破损与碳化物偏聚有关。台湾产50CrMo4钢滚珠丝杠副的失效原因主要是A螺母滚道发生严重剥落,这与A螺母表层组织中存在粗针状马氏体有关。日本产50CrMo4钢滚珠丝杠副的失效原因则主要是A、B螺母滚道存在明显压痕及点蚀,这与螺母中存在带状组织有关。55CrMo钢滚珠丝杠的表面有效淬硬层深度、硬度梯度分布均优于台湾和日本生产的同规格50CrMo4钢滚珠丝杠。综合实验和分析结果表明,国产55CrMo钢滚珠丝杠采用调质预先热处理+四匝感应圈与优化的表面感应加热淬火工艺,可以满足Φ80 mm及以上大规格滚珠丝杠的工艺质量要求,具有重要的推广应用价值。