中低碳轴承钢经表面强化处理后,表面硬度高且心部韧性好,具有较高的耐磨和抗疲劳性能,且具有一定抵抗冲击载荷的能力,广泛应用于航空航天等领域。本文探究了中低碳铬钼轴承钢的组织和强韧性能以及经氮化、渗碳处理后渗层组织及硬度分布特征,分析了心部高强韧、表面高强度组织特征与合金元素作用规律的研究;在此基础上,主要研究了中碳Cr-Mo轴承钢的耐磨性能和疲劳行为,并分析了表面强化层抗磨损疲劳作用。中碳铬钼钢经调质处理后为索氏体组织,其抗拉强度达到1518MPa,屈服强度达到1261MPa,冲击功为99J。而低碳铬钼钢经淬火并经冷处理和回火后,为板条马氏体组织,其抗拉强度为1435MPa,屈服强度为1263MPa,冲击功仅为43J。研究发现中碳铬钼钢韧性高于低碳铬钼钢,中碳铬钼钢中细小均匀纳米碳化物提高钢的强度同时保持了较高的韧性。中碳铬钼钢经氮化处理后,氮化层分为化合物层和过渡层,离子氮层厚仅为390μm,在距氮化层表面300μm处残余压应力高达610MPa。低碳铬钼钢经渗碳处理后,渗碳层厚度达到2.3mm,距表层0.5mm处硬度最大达849HV。中碳铬钼钢氮化后磨损形式主要为粘着磨损和疲劳磨损,当加载力F为90N,磨损时间T为15min时,改变滑动速度磨损形式主要为粘着磨损;当滑动速度V为0.028m?s^-1,磨损时间T为15min时,施加载荷F由60N增加至150N时,磨损形式由粘着磨损转变为疲劳磨损;当加载力F为90N,滑动速度V为0.028m?s^-1时,磨损时间T由1min增加至20min时,氮化层脉状组织诱发形成疲劳裂纹,磨损形式由粘着磨损转变为疲劳磨损。低碳铬钼钢磨损形式主要为粘着磨损、磨粒磨损以及疲劳磨损,施加载荷F由60N增加至180N时,渗层富含Mo元素的M₂C型碳化物诱发裂纹形核,形成疲劳裂纹。中碳铬钼钢旋弯疲劳强度为860MPa,表面氮化后其旋弯疲劳强度达到974MPa。中碳铬钼钢加载应力低于980MPa时,疲劳裂纹主要萌生于内部非金属夹杂,高于980MPa时,疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90mm范围内,局部应力从859.35MPa升至977.75MPa时,疲劳寿命从1.96?10⁵降低到1.58?10⁵。氮化后疲劳裂纹萌生于表面化合物层和内部非金属夹杂物,裂纹沿着化合物层、扩散层及基体依次扩展,最后在试样基体瞬断。由于低碳铬钼钢韧性较差,导致裂纹扩展速率快,旋弯疲劳强度为715MPa。渗碳后厚的渗碳层减缓疲劳裂纹的扩展,旋弯疲劳强度提高达到1067MPa。