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中国轴承进步显著 缩小与进口轴承差距

​鸿鹄 · 2019-06-12 · 来源:铁君  
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  轴承种类极其庞杂,简单来分,可以分成两种,滚动轴承和滑动轴承。无论是哪种轴承,其主要功能都是支撑运动中的旋转体。为了保证机械效率和回转精度,就要求旋转体在运动过程中有低的摩擦系数,因此,轴与轴承间的振动越小、磨损越少、发热越低越好。

  以滚动轴承为例,当它始运转工作之后,轴承内、外套圈、轴承滚动体间就要承受高频、变应力的作用,滚动体与套圈间接触面积很小,单位面积上要承受很大的压力,一般高达1500-5000N/mm2。同时,滚动轴承还要承受离心力的作用,并且离心力会随转速的增加而增大。

  在这种高频、变应力的作用下,套圈或滚动体的表面很容易产生应力疲劳,最后在抗疲劳强度低的部位产生疲劳裂纹,形成疲劳剥落,使轴承破损失效。

  

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  (轴承工作时的载荷和转速是决定轴承寿命的重要因素)

  除了高速转动过程带来的应力挤压、摩擦之外,在特殊条件下工作的轴承,还有特殊要求,如耐高温、耐低温、防腐蚀和抗磁性能等等,轴承的工作条件十分复杂。

  

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  (全断面隧道掘进机与其主轴承)

  

  高铁、大飞机、重载型武器等高端装备上都有高端轴承的使用需求,而要满足高端轴承在精度、性能、寿命和可靠性等方面的要求,轴承材料的高质量和可靠性是决定性因素。

  

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  (空军地勤人员正在维护F15战斗机的F110发动机风扇轴承)

  在滚动轴承的四大组成部分中,除保持器外,内、外套圈、滚动体(滚珠、滚柱或滚针)都是由轴承钢组成,而轴承钢素有“钢中之王”的称号,是钢铁生产中要求最严的钢种。

  轴承钢也有很多种类,根据使用要求的不同,化学成分也不相同,其中高碳铬轴承钢占很大的比例,是制造轴承和轴承零件最常用钢种。

  轴承钢的质量主要取决于以下四个因素:一是钢中的夹杂物含量、形态、分布和大小;二是钢中的碳化物含量、形态、分布和大小;三是钢中的中心疏松缩孔和中心偏析;四是轴承钢产品性能的一致性。这四个因素可以归纳为纯净度和均匀性指标。

  其中,纯净度要求材料中的夹杂物尽量少,纯净度的好坏对轴承的疲劳寿命有直接影响;而均匀性则要求材料中的夹杂物和碳化物颗粒细小、弥散,这会影响到轴承制造中热处理后的变形、组织均匀性等。

  

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  (高端轴承钢中均匀细小的碳化物组织和热处理后均匀分布的细小碳化物)

  目前,随着钢的高纯净度冶炼平台系统的完善,轴承钢纯净度有了很大的提高,夹杂物水平得到有效控制,国外发达国家的钢中氧含量已经控制在5ppm以下,所以钢中碳化物的含量、分布、大小等逐渐变成了当下制约轴承钢质量的主要因素。

  以前,高端轴承钢的研发、制造与销售一直被美国、瑞典等国家的轴承巨头所垄断,如何获得纯净度高和均匀度好的顶级好钢,一直是这些巨头秘而不宣的核心技术,他们甚至从中国采购低端材质,最后加工成高端轴承,再以数十倍的价格卖到中国市场。

  

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  (生产连铸轴承钢的连铸机)

  很长一段时间内,中国的轴承钢产量高,但质量水平低,特别在高端轴承钢方面,与国外先进水平存在很大差距,存在钢中微量杂质元素含量偏高、氧含量水平高出国际先进水平两三倍、钢中碳化物形态均匀性差等问题。

  经过十多年的努力,中国已成为轴承钢生产大国,攻克了诸多轴承钢生产工艺中的难点问题,比如氧含量控制在≤5ppm的世界先进水平,掌握了其内在质量控制的核心技术。

  此外,炼钢过程中加入稀土,使原本优质的钢变得更加“坚强”,是解决高端轴承用钢的技术方向,这类技术原本是世界轴承巨头们的核心秘密,现在也被中国的科研人员攻克,中国的科学家们将稀土轴承钢中影响疲劳寿命的大尺寸夹杂物数量减少了50%。

  

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  (中国的首批高端稀土轴承钢顺利下线)

  如今,中国不仅能造出高端轴承钢,而且在国际市场闯出了名堂,诚然,差距还是有的,相比于进口高端轴承,在精度、轴承振动、噪声与异音、可靠性、高速性能方面还有一定差距。

  

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