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中國(guó)的高端軸承終于不再受制于人了

發(fā)布時(shí)間：2019-08-20    編輯：進(jìn)口軸承    閱讀：
      說(shuō)起軸承，它幾乎存在于我們生活的每一個(gè)角落，我們能想到的大多數(shù)機(jī)械設(shè)備都有它的存在，手機(jī)里的振動(dòng)馬達(dá)、電腦散熱風(fēng)扇，乃至共享單車、洗衣機(jī)、天空中的飛機(jī)、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(gè)國(guó)家科技、工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)，更被視為“高端裝備的關(guān)節(jié)”。跟許多領(lǐng)域一樣，中國(guó)在中低端軸承領(lǐng)域早已是全球最大的生產(chǎn)和銷售基地，但高端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(yùn)動(dòng)軸的機(jī)件部分，它的作用是為機(jī)械中旋轉(zhuǎn)體或直線來(lái)回運(yùn)動(dòng)體提供支撐，當(dāng)其他機(jī)件在軸上產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸承能夠保持軸的中心位置并控制該運(yùn)動(dòng)。
      滾動(dòng)軸承
      其種類極其龐雜，簡(jiǎn)單來(lái)分，可以分成兩種，滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。無(wú)論是哪種軸承，其主要功能都是支撐運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)體。為了保證機(jī)械效率和回轉(zhuǎn)精度，就要求旋轉(zhuǎn)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有低的摩擦系數(shù)，因此，軸與軸承間的振動(dòng)越小、磨損越少、發(fā)熱越低越好。
      以滾動(dòng)軸承為例，當(dāng)它始運(yùn)轉(zhuǎn)工作之后，軸承內(nèi)、外套圈、軸承滾動(dòng)體間就要承受高頻、變應(yīng)力的作用，滾動(dòng)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(dá)1500－5000N/mm2。同時(shí)，滾動(dòng)軸承還要承受離心力的作用，并且離心力會(huì)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(dòng)體的表面很容易產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，最后在抗疲勞強(qiáng)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(shí)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(dòng)過(guò)程帶來(lái)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(jìn)機(jī)與其主軸承
      （二）要造出苛刻條件下工作的高端軸承，得有好鋼
      高鐵、大飛機(jī)、重載型武器等高端裝備上都有高端軸承的使用需求，而要滿足高端軸承在精度、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。
      在滾動(dòng)軸承的四大組成部分中，除保持器外，內(nèi)、外套圈、滾動(dòng)體（滾珠、滾柱或滾針）都是由軸承鋼組成，而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號(hào)，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最常用鋼種。
      軸承鋼的質(zhì)量主要取決于以下四個(gè)因素：一是鋼中的夾雜物含量、形態(tài)、分布和大??；二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大小；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(gè)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(duì)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(xì)小、彌散，這會(huì)影響到軸承制造中熱處理后的變形、組織均勻性等。
      高端軸承鋼中均勻細(xì)小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細(xì)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(wàn)分之一）來(lái)作為氧含量的單位，一般來(lái)說(shuō)8個(gè)ppm的鋼就屬于好鋼，而高端軸承所需要的則是5個(gè)ppm的頂級(jí)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(huì)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(tái)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(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)的軸承工藝離世界頂尖水平又近了一步
      一個(gè)國(guó)家軸承的需求量與國(guó)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(dá)國(guó)家歷來(lái)都十分重視軸承鋼的生產(chǎn)、質(zhì)量以及研發(fā)工作。
      以前，高端軸承鋼的研發(fā)、制造與銷售一直被美國(guó)、瑞典等國(guó)家的軸承巨頭所壟斷，如何獲得純凈度高和均勻度好的頂級(jí)好鋼，一直是這些巨頭秘而不宣的核心技術(shù)，他們甚至從中國(guó)采購(gòu)低端材質(zhì)，最后加工成高端軸承，再以數(shù)十倍的價(jià)格賣到中國(guó)市場(chǎng)。
      生產(chǎn)連鑄軸承鋼的連鑄機(jī)
      很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)的軸承鋼產(chǎn)量高，但質(zhì)量水平低，特別在高端軸承鋼方面，與國(guó)外先進(jìn)水平存在很大差距，存在鋼中微量雜質(zhì)元素含量偏高、氧含量水平高出國(guó)際先進(jìn)水平兩三倍、鋼中碳化物形態(tài)均勻性差等問(wèn)題。
      經(jīng)過(guò)十多年的努力，中國(guó)已成為軸承鋼生產(chǎn)大國(guó)，攻克了諸多軸承鋼生產(chǎn)工藝中的難點(diǎn)問(wèn)題，比如氧含量控制在≤5ppm的世界先進(jìn)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(guò)程中加入稀土，使原本優(yōu)質(zhì)的鋼變得更加“堅(jiān)強(qiáng)”，是解決高端軸承用鋼的技術(shù)方向，這類技術(shù)原本是世界軸承巨頭們的核心秘密，現(xiàn)在也被中國(guó)的科研人員攻克，中國(guó)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%。
      結(jié)語(yǔ)
      高端軸承和芯片一樣，都是中國(guó)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(guó)在軸承領(lǐng)域已經(jīng)有了不錯(cuò)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，完全有能力趕上世界先進(jìn)水平。

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