攻克了軸承鋼，中國的軸承終于不再受制于人了

說起軸承，它幾乎存在于我們生活的每一個角落，我們能想到的大多數(shù)機械設(shè)備都有它的存在，手機里的振動馬達、電腦散熱風(fēng)扇，乃至共享單車、洗衣機、天空中的飛機、海里的艦船……凡是旋轉(zhuǎn)的部分，都需要軸承。

　　而這小小的軸承看似不起眼，卻也是衡量一個國家科技、工業(yè)實力的重要標(biāo)準(zhǔn)，更被視為“裝備的關(guān)節(jié)"。跟許多領(lǐng)域一樣，中國在中低端軸承領(lǐng)域早已是大的生產(chǎn)和銷售基地，但軸承卻直到不久前才終于有所突破。

（一）軸承的工作環(huán)境有多苛刻，你可能想象不到

　　軸承，顧名思義，就是要承托轉(zhuǎn)軸、或直線運動軸的機件部分，它的作用是為機械中旋轉(zhuǎn)體或直線來回運動體提供支撐，當(dāng)其他機件在軸上產(chǎn)生相對運動時，軸承能夠保持軸的中心位置并控制該運動。

　　其種類極其龐雜，簡單來分，可以分成兩種，滾動軸承和滑動軸承。無論是哪種軸承，其主要功能都是支撐運動中的旋轉(zhuǎn)體。為了保證機械效率和回轉(zhuǎn)精度，就要求旋轉(zhuǎn)體在運動過程中有低的摩擦系數(shù)，因此，軸與軸承間的振動越小、磨損越少、發(fā)熱越低越好。

　　以滾動軸承為例，當(dāng)它始運轉(zhuǎn)工作之后，軸承內(nèi)、外套圈、軸承滾動體間就要承受高頻、變應(yīng)力的作用，滾動體與套圈間接觸面積很小，單位面積上要承受很大的壓力，一般高達1500－5000N/mm^2。同時，滾動軸承還要承受離心力的作用，并且離心力會隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。

　　在這種高頻、變應(yīng)力的作用下，套圈或滾動體的表面很容易產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，最后在抗疲勞強度低的部位產(chǎn)生疲勞裂紋，形成疲勞剝落，使軸承破損失效。

（軸承工作時的載荷和轉(zhuǎn)速是決定軸承壽命的重要因素）

　　除了高速轉(zhuǎn)動過程帶來的應(yīng)力擠壓、摩擦之外，在特殊條件下工作的軸承，還有特殊要求，如耐高溫、耐低溫、防腐蝕和抗磁性能等等，軸承的工作條件十分復(fù)雜。

（全斷面隧道掘進機與其主軸承）

（二）要造出苛刻條件下工作的軸承，得有好鋼

　　高鐵、大飛機、重載型等裝備上都有軸承的使用需求，而要滿足軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方面的要求，軸承材料的高質(zhì)量和可靠性是決定性因素。

（空軍地勤人員正在維護F15戰(zhàn)斗機的F110發(fā)動機風(fēng)扇軸承）

　　在滾動軸承的四大組成部分中，除保持器外，內(nèi)、外套圈、滾動體（滾珠、滾柱或滾針）都是由軸承鋼組成，而軸承鋼素有“鋼中"的稱號，是鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)的鋼種。

　　軸承鋼也有很多種類，根據(jù)使用要求的不同，化學(xué)成分也不相同，其中高碳鉻軸承鋼占很大的比例，是制造軸承和軸承零件鋼種。

　　軸承鋼的質(zhì)量主要取決于以下四個因素：一是鋼中的夾雜物含量、形態(tài)、分布和大小；二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大??；三是鋼中的中心疏松縮孔和中心偏析；四是軸承鋼產(chǎn)品性能的一致性。這四個因素可以歸納為純凈度和均勻性指標(biāo)。

　　其中，純凈度要求材料中的夾雜物盡量少，純凈度的好壞對軸承的疲勞壽命有直接影響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物顆粒細小、彌散，這會影響到軸承制造中熱處理后的變形、組織均勻性等。

（軸承鋼中均勻細小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細小碳化物）

　　提高軸承鋼的純凈度，首先要做的就是控制鋼中的氧含量，煉鋼中用ppm（每百萬分之一）來作為氧含量的單位，一般來說8個ppm的鋼就屬于好鋼，而軸承所需要的則是5個ppm的鋼。此外，鈦等有害元素等留在鋼中易形成多棱角的夾雜物，會引起局部的應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋，也都是應(yīng)該要盡力避免的。

　　目前，隨著鋼的高純凈度冶煉平臺系統(tǒng)的完善，軸承鋼純凈度有了很大的提高，夾雜物水平得到有效控制，國外發(fā)達國家的鋼中氧含量已經(jīng)控制在5ppm以下，所以鋼中碳化物的含量、分布、大小等逐漸變成了當(dāng)下制約軸承鋼質(zhì)量的主要因素。

（三）有了軸承鋼，中國的軸承工藝離世界水平又近了一步

　　一個國家軸承的需求量與國民生產(chǎn)總值總是保持一定的關(guān)系，而軸承鋼的生產(chǎn)能力和水平又是軸承工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，因而，工業(yè)發(fā)達國家歷來都十分重視軸承鋼的生產(chǎn)、質(zhì)量以及研發(fā)工作。

　　以前，軸承鋼的研發(fā)、制造與銷售一直被美國、瑞典等國家的軸承所壟斷，如何獲得純凈度高和均勻度好的好鋼，一直是這些秘而不宣的核心技術(shù)，他們甚至從中國采購低端材質(zhì)，最后加工成軸承，再以數(shù)十倍的價格賣到中國市場。

（生產(chǎn)連鑄軸承鋼的連鑄機）

　　很長一段時間內(nèi)，中國的軸承鋼產(chǎn)量高，但質(zhì)量水平低，特別在軸承鋼方面，與水平存在很大差距，存在鋼中微量雜質(zhì)元素含量偏高、氧含量水平高出水平兩三倍、鋼中碳化物形態(tài)均勻性差等問題。

　　經(jīng)過十多年的努力，中國已成為軸承鋼生產(chǎn)大國，攻克了諸多軸承鋼生產(chǎn)工藝中的難點問題，比如氧含量控制在≤5ppm的水平，掌握了其內(nèi)在質(zhì)量控制的核心技術(shù)。

　　此外，煉鋼過程中加入稀土，使原本優(yōu)質(zhì)的鋼變得更加“堅強"，是解決軸承用鋼的技術(shù)方向，這類技術(shù)原本是世界軸承們的核心秘密，現(xiàn)在也被中國的科研人員攻克，中國的科學(xué)家們將稀土軸承鋼中影響疲勞壽命的大尺寸夾雜物數(shù)量減少了50%。

（中國的稀土軸承鋼順利下線）

　　如今，中國不僅能造出軸承鋼，而且在國際市場闖出了名堂，中國的軸承鋼已經(jīng)供應(yīng)給瑞典、德國、日本等國，同時軸承鋼的疲勞壽命也達到甚至超過日本和歐洲的同期水平。

　　有了好鋼，下一步要解決的就是軸承的問題了，軸承研發(fā)涉及材料、設(shè)計、軸承制造裝備、高精度機械加工、檢測與試驗等一系列技術(shù)難題，還需要接觸力學(xué)、潤滑理論、摩擦學(xué)、疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎(chǔ)研究和交叉學(xué)科的支持，軸承技術(shù)具有的復(fù)雜性，掌握難度非常之大。

　　目前國產(chǎn)軸承，相比于進口軸承，在精度、軸承振動、噪聲與異音、可靠性、高速性能方面還有一定差距。

結(jié)語

　　軸承和芯片一樣，都是中國必須要掌握的核心技術(shù)，雖然仍有不小的距離需要追趕，但中國在軸承領(lǐng)域已經(jīng)有了不錯的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在可預(yù)見的將來，*有能力趕上水平。

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