我國(guó)軸承行業(yè)存在諸多影響高質(zhì)量發(fā)展的科技疑難問(wèn)題，本文列舉其中亟待解決的9個(gè)科技疑難問(wèn)題，希望引起行業(yè)內(nèi)有關(guān)人士的關(guān)注并著力研究解決，以促進(jìn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

　　一、應(yīng)用真正的正向設(shè)計(jì)

　　這是大家都在說(shuō)，但很多人未搞明白的問(wèn)題。

　　我們都知道，正向設(shè)計(jì)是從概念→實(shí)物（亦即產(chǎn)品），逆向設(shè)計(jì)是掃描實(shí)物（產(chǎn)品）→獲取實(shí)物（產(chǎn)品）幾何模型→再按其設(shè)計(jì)制造實(shí)物（產(chǎn)品）。我們行業(yè)基本上都是逆向設(shè)計(jì)。最近幾個(gè)科研院所和企業(yè)都說(shuō)他們研制的高速動(dòng)車組軸承是正向設(shè)計(jì)，實(shí)際上并不是真正意義上的正向設(shè)計(jì)。連載荷譜都沒(méi)有，還不能輕言什么正向設(shè)計(jì)。

　　我們應(yīng)該編制軸承正向設(shè)計(jì)規(guī)范（或指南），指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行真正意義上的正向設(shè)計(jì)。指導(dǎo)企業(yè)首先采集并編制軸承載荷譜，根據(jù)軸承載荷、使用性能、壽命和可靠性要求，進(jìn)行擬動(dòng)力學(xué)仿真分析（目前我們還不具備動(dòng)力學(xué)仿真分析能力），產(chǎn)品數(shù)字化建模，繼而進(jìn)行產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括材料和熱處理的優(yōu)選，各工作表面硬度和粗糙度的匹配，滾子和滾道型面凸度的確定，滾動(dòng)體和滾道吻合率的優(yōu)選，滾動(dòng)體球基面與套圈擋邊接觸狀態(tài)的優(yōu)化，保持架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和抗沖擊能力、密封件的高可靠性和低摩擦力矩、潤(rùn)滑油脂的高效長(zhǎng)壽命的確保，以及各項(xiàng)形位公差的規(guī)定。

　　高速動(dòng)車組軸箱軸承瑞典SKF、德國(guó)FAG、日本NSK、NTN均在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正向設(shè)計(jì)。我國(guó)企業(yè)是在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)相結(jié)合，完成高速動(dòng)車組軸箱軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中很大程度依據(jù)對(duì)國(guó)外軸承在我國(guó)應(yīng)用情況的分析的資料，和對(duì)國(guó)外軸承在我國(guó)高鐵應(yīng)用中出現(xiàn)故障的軸承的失效形式的分析。設(shè)計(jì)的軸承成品可以做到“形似”，尚不能完全做到“神似”。對(duì)成套軸承和套圈、滾子、保持架的結(jié)構(gòu)，雖然進(jìn)行了研究，但對(duì)bm值的確定、套圈和滾子工作面凸度修型和應(yīng)力的關(guān)系、保持架的動(dòng)態(tài)性能等，均未作深入研究。

　　額定動(dòng)載荷和額定壽命計(jì)算中的bm系數(shù)，直接影響軸承基本額定載荷Cr、Ca的計(jì)算值，從而對(duì)軸承基本額定壽命L10的計(jì)算值產(chǎn)生很大的影響。GB/T6391-2001/ISO281:2007《滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷和額定壽命》中規(guī)定：“bm為當(dāng)代常用優(yōu)質(zhì)淬硬鋼軸承和良好加工方法的額定系數(shù)，該值隨軸承類型和設(shè)計(jì)不同而異?！痹摌?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，球軸承bm=1.1~1.3，滾子軸承bm=1~1.15。這個(gè)系數(shù)與鋼材品質(zhì)有很大關(guān)系，在當(dāng)今已研發(fā)應(yīng)用高等級(jí)軸承鋼，如GB/T18254-2016規(guī)定的特級(jí)優(yōu)質(zhì)軸承鋼、GB/T38885-2020規(guī)定的超高潔凈軸承鋼，還有正在研發(fā)的高氮馬氏體不銹鋼等的情況下，GB/T6391規(guī)定的bm系數(shù)取值需要調(diào)整。現(xiàn)在，對(duì)bm取值存在缺乏科學(xué)性的任意性。去年，鑒定一個(gè)企業(yè)的科技成果項(xiàng)目，一位資深專家問(wèn)：“你們bm值取多少？”回答：“1.5”，資深專家又問(wèn)：“取bm=1.5的依據(jù)是什么？”回答不上來(lái)。說(shuō)明這個(gè)項(xiàng)目bm值是任意取的。這個(gè)問(wèn)題具有普遍性。在高速動(dòng)車組軸箱軸承的額定動(dòng)載荷和額定壽命計(jì)算中也存在這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決，需要我們與研制軸承鋼的排頭兵企業(yè)一起，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)、驗(yàn)證，根據(jù)應(yīng)用鋼材的種類、冶煉方法、質(zhì)量等級(jí)確定科學(xué)的bm取值和取值方法，以科學(xué)地進(jìn)行bm取值。

　　高速動(dòng)車組軸箱軸承的工作表面，包括內(nèi)外套圈滾道、滾子工作表面的凸度修型，這似乎是已解決的向題，其實(shí)不然?，F(xiàn)在業(yè)界公認(rèn)的最佳型面是對(duì)數(shù)曲線凸度型面。對(duì)數(shù)曲線型面的設(shè)計(jì)似乎不太復(fù)雜，但如何通過(guò)磨加工、超精加工，精確加工出符合設(shè)計(jì)的對(duì)數(shù)曲線型面，如何精確檢測(cè)加工出的型面是否符合設(shè)計(jì)的對(duì)數(shù)曲線型面，這是需要解決、而目前沒(méi)有解決的問(wèn)題。而最大的問(wèn)題是凸度值應(yīng)該取多大，凸度位置應(yīng)如何配置，是一個(gè)現(xiàn)在還沒(méi)有完全解決的問(wèn)題。凸度的位置和大小，不可以任意選定，應(yīng)構(gòu)建載荷譜，按載荷的性質(zhì)、大小、分布，數(shù)字化建模，分析計(jì)算，從而得出凸度正確的坐標(biāo)和大小數(shù)值。這項(xiàng)工作希望在這方面造詣很深的專家和企業(yè)家，充足發(fā)力，加以解決。

　　應(yīng)建立保持架穩(wěn)態(tài)分析模型和動(dòng)力學(xué)分析模型，建立保持架運(yùn)動(dòng)方程和碰撞、沖擊振動(dòng)方程，研究保持架設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、碰撞和沖擊振動(dòng)響應(yīng)的影響的規(guī)律。通過(guò)以上分析研究，確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證保持架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和抗沖擊能力。

　　二、重新引入無(wú)限壽命設(shè)計(jì)概念

　　這個(gè)問(wèn)題，楊曉蔚在《軸承》2013年12期上“滾動(dòng)軸承的可靠性設(shè)計(jì)”一文中已作了詳盡的論述。

　　由于滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體與滾道為點(diǎn)、線接觸，接觸應(yīng)力水平較高，通常在2000MPa左右，載荷條件惡劣時(shí)可達(dá)3000MPa以上，同時(shí)應(yīng)力循環(huán)數(shù)也較高。因此，軸承疲勞壽命主要按有限壽命要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　在軸承工業(yè)發(fā)展初期，曾經(jīng)提出過(guò)軸承無(wú)限壽命的概念并有所應(yīng)用。這個(gè)概念認(rèn)為:若軸承承受的載荷小于其載荷容量(滾動(dòng)體與滾道之間的最大接觸應(yīng)力與材料規(guī)定強(qiáng)度相等時(shí)的軸承載荷)，則軸承具有無(wú)限疲勞壽命，有可能永久使用。

　　但后來(lái)更多的理論認(rèn)為:即使軸承安裝正確、潤(rùn)滑良好、使用得當(dāng)，但由于承受反復(fù)交變應(yīng)力，最終也會(huì)由于疲勞而失效，不可能永遠(yuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。因此，軸承壽命只可能是有限壽命。

　　瑞典SKF公司于1984年發(fā)表的新壽命理論又重新引入了軸承具有無(wú)限壽命的概念:在潤(rùn)滑、清潔度及其他運(yùn)轉(zhuǎn)條件理想的情況下，若軸承承受的載荷低于疲勞載荷極限Pu，將不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞，即軸承壽命是無(wú)限的。對(duì)于常規(guī)軸承鋼，Pu基于的接觸應(yīng)力約為1500MPa。

　　若接觸應(yīng)力低（小于1500MPa）且運(yùn)轉(zhuǎn)條件理想時(shí)，軸承有可能達(dá)到無(wú)限壽命。

　　對(duì)于一般機(jī)械，壽命設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為:當(dāng)其屬于高周疲勞問(wèn)題，即構(gòu)件或系統(tǒng)承受的應(yīng)力水平較低且應(yīng)力循環(huán)數(shù)較高時(shí)(如傳動(dòng)軸、振動(dòng)元件等)，可進(jìn)行無(wú)限壽命設(shè)計(jì)，其安全性由應(yīng)力控制;當(dāng)其屬于低周疲勞占主導(dǎo)地位時(shí)，即構(gòu)件或系統(tǒng)在高應(yīng)力水平作用下工作且應(yīng)力循環(huán)數(shù)較低時(shí)(如飛機(jī)結(jié)構(gòu)、重型機(jī)械部件等)，則應(yīng)進(jìn)行有限壽命設(shè)計(jì)，其安全性由壽命控制。

　　我們行業(yè)如何開(kāi)展無(wú)限壽命設(shè)計(jì)，這是一個(gè)亟待研究解決的問(wèn)題。

　　三、魯棒性設(shè)計(jì)(robustdesign)

　　這是國(guó)際軸承業(yè)界近年來(lái)剛興起的一種設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐。“魯棒性”是英文robust或robustness的音譯，意譯則為強(qiáng)健性、穩(wěn)健性、堅(jiān)固性、耐用性。跨國(guó)軸承公司已推行這一理念并付之實(shí)踐。如SCHAEFFLER的X-life圓柱滾子軸承，用MPAX黃銅實(shí)體保持架，就采用了“魯棒性設(shè)計(jì)”，軸承更加耐受振動(dòng)與沖擊載荷,并適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。NSK最新推出的機(jī)床軸承就直接稱為“robust”系列，不僅耐燒粘，而且具有耐磨損、抗疲勞等其他突出性能。SKF對(duì)壓縮機(jī)與泵類軸承的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，就是提高其耐受非理想工況下的魯棒性。NTN針對(duì)風(fēng)電齒輪箱軸承，“增強(qiáng)可靠的魯棒性定制方案”已成技術(shù)準(zhǔn)則。

　　我國(guó)對(duì)魯棒性設(shè)計(jì)還未入門。

　　四、對(duì)高鐵軸承應(yīng)用鋼材的質(zhì)疑

　　跨國(guó)軸承公司研發(fā)應(yīng)用了制造高速動(dòng)車組軸箱軸承的專用鋼材和相應(yīng)的熱處理工藝。

　　對(duì)于高速動(dòng)車組軸箱軸承套圈，SKF前期采用SKF3（相當(dāng)于GCr15）高碳鉻軸承鋼，整體馬氏體淬火+相應(yīng)的高溫回火。近年開(kāi)發(fā)了專利貝氏體淬火鋼XbiteⅡ及相應(yīng)的貝氏體淬火工藝；FAG采用100Cr6（相當(dāng)于GCr15）高碳鉻軸承鋼，貝氏體淬火；NTN采用SNCM420相當(dāng)于（G20CrNi2Mo）滲碳鋼，滲碳+淬火。

　　對(duì)于高速動(dòng)車組軸箱軸承滾子，SKF采用SKF3高碳鉻軸承鋼，馬氏體淬火，較高的淬火溫度，較低的回火溫度；FAG采用100Cr6高碳鉻軸承鋼，馬氏體淬回火，正常的淬火溫度，較高的回火溫度；NTN采用SUJ2（相當(dāng)于GCr15）高碳鉻軸承鋼，馬氏體淬回火，正常的淬火溫度，較高的回火溫度。

　　我國(guó)企業(yè)對(duì)制造高速動(dòng)車組軸箱軸承的鋼材未作深入研究，對(duì)跨國(guó)軸承公司采用不同的鋼材，不同的熱處理工藝的機(jī)理并未真正掌握。

　　制造高速動(dòng)車組軸箱軸承內(nèi)外圈的鋼材，歐系（SKF、FAG）軸承是采用高碳鉻軸承鋼，日系（NSK、NTN）軸承是采用滲碳軸承鋼。我國(guó)現(xiàn)在研制的國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組軸箱軸承采用日系技術(shù)路線——滲碳軸承鋼。對(duì)于歐系、日系二條技術(shù)路線各有什么優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)，我們?yōu)槭裁匆捎萌障导夹g(shù)路線，應(yīng)該研究清楚。

　　高速動(dòng)車組軸箱軸承套圈采用G20CrNi2MoA滲碳軸承鋼，國(guó)鐵集團(tuán)重大專項(xiàng)“高速動(dòng)車組軸箱軸承關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目組擬定的技術(shù)條件中規(guī)定：“鋼應(yīng)采用真空自耗重熔（VAR）或爐外精煉（RH）方法冶煉”，即冶煉方法電渣重熔和真空脫氣二種方法均可采用，只要能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。

　　但業(yè)界還是偏向應(yīng)用電渣重熔鋼，這可能是一種慣性思維。因?yàn)閺?/span>1978年起，我國(guó)鐵路貨車軸承“滑改滾”（滑動(dòng)軸承改滾動(dòng)軸承），一直應(yīng)用電渣重熔鋼，實(shí)踐證明效果良好。為突破偏向應(yīng)用電渣重熔鋼的慣性思維，應(yīng)回顧一下歷史。1978年從日本引進(jìn)鐵路貨車軸承設(shè)計(jì)制造技術(shù)，引進(jìn)的技術(shù)文件上規(guī)定制造軸承內(nèi)外圈的滲碳軸承鋼冶煉方法為“真空脫氣”，因當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)制造鐵路貨車軸承的鋼材的定點(diǎn)生產(chǎn)廠家沒(méi)有真空脫氣冶煉技術(shù)，只有電渣重熔冶煉技術(shù)，鐵道部只得將技術(shù)條件上冶煉方法改為“真空脫氣（或電渣重熔）”。過(guò)了一段時(shí)間，電渣重熔鋼使用效果良好，國(guó)內(nèi)真空脫氣冶煉技術(shù)還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，鐵道部又將冶煉方法改為“電渣重熔（或真空脫氣）”，后來(lái)干脆把（或真空脫氣）去掉，改為“電渣重熔”。如當(dāng)時(shí)像現(xiàn)在這樣，國(guó)內(nèi)特鋼廠真空脫氣冶煉技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，就不必要作這樣的改動(dòng)。日本現(xiàn)在一直采用真空脫氣冶煉方法，根本沒(méi)有電渣重熔這一說(shuō)。

　　確實(shí)，電渣重熔鋼有的性能，如沖擊韌性優(yōu)于真空脫氣鋼，大冶特鋼對(duì)不同冶煉方式生產(chǎn)的滲碳軸承鋼G20CrNi2MoA進(jìn)行同等條件下的對(duì)比試驗(yàn)，用電渣重熔法冶煉的沖擊功125J，而用真空脫氣法冶煉的沖擊功為97J。但經(jīng)過(guò)大的技術(shù)改進(jìn)，興澄特鋼研發(fā)的用真空脫氣法冶煉的高等級(jí)鐵路軸承用鋼G20CrNi2MoA，沖擊功已達(dá)到電渣重熔鋼的水平，有的性能如氧含量還優(yōu)于電渣重熔鋼。

　　在二種冶煉方法生產(chǎn)的滲碳軸承鋼都能滿足高速動(dòng)車組軸箱軸承長(zhǎng)壽命、高可靠性的要求的情況下，是不是一定要采用冶煉耗電量大得多，從而成本和價(jià)格也高得多的電渣重熔鋼，這應(yīng)該是我們要研究和解決的重要問(wèn)題。

　　五、是否一定要用滲碳鋼

　　這里提出一項(xiàng)需深入研究的重要技術(shù)變革——用42CrMo4無(wú)軟帶淬火取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火制造風(fēng)電主軸軸承

　　風(fēng)電機(jī)組雙列圓錐滾子主軸軸承國(guó)際國(guó)內(nèi)軸承業(yè)界通行的技術(shù)路線是用滲碳軸承鋼G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火制造。

　　我國(guó)軸承行業(yè)應(yīng)用的滲碳軸承鋼有6種：G20CrMo（A）、G20CrNiMo（A）、G20CrNi2Mo（A）、G20CrNi4Mo（A）、G10CrNi3Mo（A）、G20Cr2Mn2Mo（A）。

　　使用最多的二種。一種是G20CrNi2Mo（A），用于制造貨車軸承，未來(lái)國(guó)產(chǎn)高速動(dòng)車組軸箱軸承也用這種滲碳軸承鋼制造。另一種是G20CrNi4Mo（A），用于制造冶金軋機(jī)軸承和風(fēng)電主軸軸承。

　　滲碳軸承鋼經(jīng)過(guò)滲碳淬火加工，可以獲得很高的表層強(qiáng)度硬度和很好的心部組織韌性，非常適合于制造承受重載荷、沖擊載荷的鐵路軸承和冶金軋機(jī)軸承。

　　但是，滲碳軸承鋼價(jià)格貴、加工費(fèi)用高，尤其是需要表面深層滲碳的特大型軋機(jī)軸承和風(fēng)電主軸軸承，需要用適合深層滲碳的G20CrNi4Mo（A）制造，這種G20CrNi4Mo（A）滲碳軸承鋼價(jià)格昂貴（價(jià)格是高碳鉻軸承鋼的3倍），同時(shí)，深層滲碳要在900℃以上高溫加熱200多小時(shí)，不僅要耗費(fèi)大量電能，而且表層易產(chǎn)生有害的粗大碳化物（要費(fèi)很大的勁才能消除），還會(huì)產(chǎn)生不易矯正的變形，而使工件報(bào)廢，造成很大的損失。

　　這項(xiàng)從國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)，一直困擾著我國(guó)軸承廠家，一些專家多渠道尋找解決辦法。一種辦法是外徑￠440～￠800mm的冶金軋機(jī)軸承，用強(qiáng)度、韌性優(yōu)于GCr15、GCr15SiMn的GCr18Mo，進(jìn)行下貝氏體淬火，取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火，制造冶金軋機(jī)軸承，這項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)已取得成功，并推廣應(yīng)用。但雙列圓錐滾子風(fēng)電主軸軸承超出了這個(gè)尺寸范圍，無(wú)法應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

　　我國(guó)軸承行業(yè)有二家軸承企業(yè)以“敢于第一個(gè)吃螃蟹”的精神，用中碳合金鋼42CrMo4（添加Ni等微量合金元素，優(yōu)化合金成份），進(jìn)行無(wú)軟帶表面淬火和激光表面淬火，取代G20CrNi4Mo（A）滲碳淬火，制造雙列圓錐滾子風(fēng)電主軸軸承，大大降低了材料費(fèi)用和加工費(fèi)用。希望我國(guó)軸承行業(yè)有關(guān)專家和企業(yè)家密切關(guān)注、積極參與這一技術(shù)進(jìn)程，深入研究這一替代是否可以滿足風(fēng)電主軸軸承的工況所要求各項(xiàng)性能（強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性、疲勞壽命等）。深入研究這項(xiàng)技術(shù)，如在風(fēng)電主軸軸承應(yīng)用成功，可否移植到冶金軋機(jī)軸承，這項(xiàng)技術(shù)如能在風(fēng)電主軸軸承和冶金軋機(jī)軸承的制造上成功應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　六、稀土軸承鋼的推廣應(yīng)用價(jià)值

　　稀土被稱為“工業(yè)維生素”。

　　上世紀(jì)八十年代，我國(guó)曾一度出現(xiàn)過(guò)研發(fā)和應(yīng)用稀土鋼的熱潮，但因加什么稀土，加多少，怎么加等技術(shù)瓶頸未突破，效果時(shí)好時(shí)壞，一度出現(xiàn)的稀土鋼熱，由熱變冷。

　　李依依院士率領(lǐng)的中科院金屬材料加工模擬研究團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)十年的努力，在鋼中雜質(zhì)形成機(jī)理的研究上取得突破，開(kāi)發(fā)了商用稀土合金純凈化制備技術(shù)和鋼中加入稀土的特殊加入技術(shù)，有望突破應(yīng)用稀土冶煉高品質(zhì)軸承鋼的技術(shù)瓶頸。

　　李依依院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)稀土軸承鋼的情況：

　?。?/span>1）原理

　　在軸承鋼中加稀土鈰Ce、鑭La，每噸鋼加100克~200克，費(fèi)用10~20元。

　　效果：

　　①純凈度——減少夾雜物60%，細(xì)化夾雜物，軟化夾雜物，較少點(diǎn)狀不變形夾雜物DS。

　　②均質(zhì)性——使夾雜物分布均勻，各向同性，減少偏析，提高沖擊功，減少機(jī)加工、熱處理變形。

　?。?/span>2）試驗(yàn)情況

　　天馬軸承集團(tuán)公司和中科院金屬所合作，進(jìn)行了稀土軸承鋼冶煉軋制工業(yè)性試驗(yàn)和用稀土軸承鋼制造軸承的冷加工、熱加工工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，用加入稀土冶煉的軸承鋼制造的軸承，熱處理變形顯著減小，強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)壽命和沖擊功大幅提高。

　　但是，業(yè)內(nèi)對(duì)是否應(yīng)該推廣應(yīng)用軸承鋼冶煉時(shí)加入稀土的技術(shù)，存在著不同的意見(jiàn)，主要因?yàn)椋?/span>

　?。?/span>1）軸承鋼冶煉加入稀土的冶煉工藝路線與我國(guó)特鋼企業(yè)現(xiàn)行的冶煉軸承鋼工藝路線不同，特鋼企業(yè)要改變工藝路線，難度很大。

　?。?/span>2）由于稀土是很活躍的元素，加入稀土，易腐蝕煉鋼爐爐壁。冶煉軸承鋼加入稀土，爐壁使用壽命要縮短一半。

　　（3）軸承鋼冶煉時(shí)，加入稀土，易堵塞水口。這是最難以解決的問(wèn)題。

　?。?/span>4）冶煉時(shí)加入稀土，最佳加入量很難控制，加少了達(dá)不到應(yīng)有效果，加多了，產(chǎn)生相反效果。

　　因此，業(yè)內(nèi)有一種意見(jiàn)以為，如果其他冶煉工藝路線可以達(dá)到同樣的效果，未必要采這一冶煉方法。

　　希望對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入研究，以期對(duì)軸承鋼冶煉時(shí)加入稀土這一技術(shù)，要不要推廣應(yīng)用，在什么范圍內(nèi)應(yīng)用，達(dá)成共識(shí)，避免投資失誤。

　　七、對(duì)殘余奧氏體的再認(rèn)識(shí)

　　劉耀中、左傳付在《軸承材料及熱處理技術(shù)》一書(shū)中的“軸承零件淬回火后的殘余奧氏體”一文對(duì)這一問(wèn)題做出了詳盡的論述。

　　軸承零件常規(guī)熱處理后，不可避免地存在一定量的殘余奧氏體，一般高碳鉻軸承鋼的殘余奧氏體量為6%~15%（體積分?jǐn)?shù)）。

　　由于殘余奧氏體是質(zhì)軟且不穩(wěn)定的組織，一旦鋼中含量多，硬度就會(huì)降低，耐磨性變差。軸承在室溫存放時(shí)，其殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和貝氏體，體積增大。理論計(jì)算每轉(zhuǎn)變1%的殘余奧氏體，其長(zhǎng)度尺寸增大0.01%。從硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性方面考慮，淬回火后，殘余奧氏體的含量越少越好。

　　但是，近年來(lái)，業(yè)界對(duì)殘余奧氏體有新的考量，即考慮殘余奧氏體對(duì)力學(xué)性能的有利影響。與馬氏體相比，殘余奧氏體硬度低，易變形，韌性及塑性高。一方面，殘余奧氏體的存在可以改善表面的接觸應(yīng)力狀態(tài)，降低應(yīng)力集中，使疲勞裂紋源不易形成，尤其是在污染潤(rùn)滑條件下，這種作用更顯著。另一方面，裂紋擴(kuò)展時(shí)與殘余奧氏體相遇，奧氏體易于發(fā)生變形并產(chǎn)生誘發(fā)相變，吸收裂紋擴(kuò)展能量并延緩裂紋尖端應(yīng)力集中，使裂紋擴(kuò)展速率減慢或終止擴(kuò)展，韌性提高，也可以提高疲勞壽命。因此，研究表明，適量高的殘余奧氏體對(duì)提高軸承的接觸疲勞壽命是有利的，當(dāng)殘余奧氏體量低于10%，具有最好的接觸疲勞壽命。

　　對(duì)于具體的軸承零件，殘余奧氏體量的多少，應(yīng)視軸承的具體工況和性能要求而定。主要應(yīng)考慮軸承的尺寸精度要求。

　　儀器儀表軸承等微小型軸承，工作時(shí)承受的載荷較輕且平穩(wěn)，其失效形式主要是因尺寸精度的喪失，或振動(dòng)、噪聲超標(biāo)，極少因疲勞剝落或其他破壞形式而失效。對(duì)于這類尺寸精度要求高的軸承，零件淬回火后殘余奧氏體量越少越好，其穩(wěn)定性越高越好。

　　冶金軋機(jī)軸承、大型電機(jī)軸承等承受較重載荷，且常常承受大的沖擊載荷的中型、大型、特大型軸承，軸承的失效形式多為疲勞剝落，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)套圈或滾動(dòng)體開(kāi)裂。這類軸承要求具有較高的承載能力和一定的韌性。而對(duì)尺寸精度要求則處于第二位。其零件淬回火后應(yīng)適當(dāng)保留一定量的殘余奧氏體，以提高軸承的接觸疲勞壽命。

　　所需殘余奧氏體量的獲取，要通過(guò)調(diào)整淬回火的溫度、保溫時(shí)間等熱處理工藝參數(shù)達(dá)到。（另文詳述）

　　日本NSK公司采用自行開(kāi)發(fā)的STP(Super-TP)鋼和HTP（Hi-TF)鋼制造風(fēng)機(jī)增速器軸承。增速器在工作過(guò)程中，齒輪磨損產(chǎn)生的微小金屬顆粒，在軸承工作表面形成壓痕，壓痕邊緣形成高的應(yīng)力集中，成為疲勞源，導(dǎo)致剝落，縮短軸承使用壽命。NSK公司開(kāi)發(fā)的用中碳合金鋼碳氮共滲的STF和HTF鋼，通過(guò)嚴(yán)格控制碳氮共滲工藝，使零件表面得到較多的穩(wěn)定的殘余奧氏體（約30~35%）和大量細(xì)小的碳化物、碳氮化物。后者可保證表面的硬度和耐磨性，使壓痕不易形成；前者可以降低壓痕的邊緣效應(yīng)，阻止疲勞源的形成和擴(kuò)展，從而大大提高軸承在如風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器這樣的在污染潤(rùn)滑工況下的使用壽命。這方面，洛陽(yáng)軸承研究所已進(jìn)行了汽車變速器軸承應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)工作，并取得初步成果。我國(guó)軸承行業(yè)應(yīng)研究在風(fēng)力發(fā)電機(jī)增速器軸承如何應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

　　八、表面淬火技術(shù)的優(yōu)選

　　風(fēng)電軸承中偏航變槳軸承、三排滾子主軸軸承的套圈用42CrMo4制造進(jìn)行表面淬火，目前行業(yè)里應(yīng)用了幾種不同的表面淬火工藝，需深入研究，優(yōu)選最佳表面淬火工藝。

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外風(fēng)電軸承產(chǎn)業(yè)通行的工藝路線是電磁感應(yīng)表面淬火。感應(yīng)器產(chǎn)生的電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而加熱，隨之噴淋淬火介質(zhì)進(jìn)行淬火。這種淬火方法有一大缺陷，即掃描感應(yīng)加熱路徑的末端與起點(diǎn)重疊時(shí)，會(huì)使起點(diǎn)已淬火的部位回火，產(chǎn)生一個(gè)軟帶。在使用時(shí)，軟帶處易受到磨損，導(dǎo)致早期破壞。

　　為解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)際上開(kāi)發(fā)了無(wú)軟帶感應(yīng)淬火工藝和裝備。新強(qiáng)聯(lián)回轉(zhuǎn)支承股份有限公司已率先從國(guó)外引進(jìn)無(wú)軟帶淬火工藝和裝備。這種工藝使用的裝備有二個(gè)加熱淬火組件，每個(gè)組件由預(yù)熱感應(yīng)器、加熱感應(yīng)器和淬火介質(zhì)噴淋器組成。這二個(gè)加熱淬火組件繞著要淬火的軸承滾道表面向相反方向移動(dòng)，掃描要淬火的滾道表面加熱淬火。每個(gè)組件掃描加熱淬火半圈滾道。在起始區(qū)和結(jié)束區(qū)，二個(gè)組件緊靠著加熱滾道，且旋轉(zhuǎn)平臺(tái)帶動(dòng)工件擺動(dòng)，這樣就可以保證在起始區(qū)和結(jié)束區(qū)各個(gè)部位，包括二個(gè)組件交界處都加熱到相同的淬火溫度，噴淋淬火后不會(huì)產(chǎn)生軟帶。

　　目前我們行業(yè)還有一家風(fēng)電軸承表面熱處理采用完全不同工藝路線的企業(yè)——北京京冶軸承股份有限公司（京冶軸承）。這家企業(yè)應(yīng)用自己研發(fā)的風(fēng)電軸承激光表面淬火技術(shù)（亦稱激光相變硬化技術(shù)）已有十多年的歷史。這項(xiàng)技術(shù)被列入國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目，并獲國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)。

　　這項(xiàng)技術(shù)的基本原理是高能量高密度的激光束快速照射要淬火的工件表面，使其要硬化的部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能，使激光作用區(qū)溫度急劇上升。此時(shí)，冷態(tài)基體與加熱區(qū)之間有很大的溫度梯度，一旦停止激光照射，加熱區(qū)的金屬急冷而淬火，產(chǎn)生硬化。據(jù)京冶軸承介紹，這種工藝進(jìn)行的表面淬火，馬氏體晶體細(xì)，位錯(cuò)密度高，硬度高，耐磨性好，變形小甚至無(wú)變形，無(wú)須回火，淬火區(qū)獲得壓應(yīng)力不易產(chǎn)生裂紋?？筛鶕?jù)需要調(diào)整硬化層深度，無(wú)需冷卻介質(zhì)，無(wú)廢氣廢水排放，低碳環(huán)保。