凡想得到的大多數(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。而小小的軸承卻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“高端裝備的關(guān)節(jié)”。

（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(jī)件部分，它的作用是為機(jī)械中旋轉(zhuǎn)體或直線來回運動體提供支撐，當(dāng)其他機(jī)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。

滾動軸承 

簡單來分，軸承分兩種：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(jī)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(dá)1500－5000N/mm2。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(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(jìn)機(jī)與其主軸承

（二）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。

空軍地勤人員正在維護(hù)F15戰(zhàn)斗機(jī)的F110發(fā)動機(jī)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“鋼中之王”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最常用鋼種。

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??；二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大?。蝗卿撝械闹行氖杷煽s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(xì)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。

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，而高端軸承所需要的則是5個ppm的頂級鋼。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(dá)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頂尖水平又近了一步

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(dá)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，高端軸承鋼的研發(fā)、制造與銷售一直被美國、瑞典等國家的軸承巨頭所壟斷，如何獲得純凈度高和均勻度好的頂級好鋼，一直是這些巨頭秘而不宣的核心技術(shù)，他們甚至從中國采購低端材質(zhì)，最后加工成高端軸承，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(jī)

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，特別在高端軸承鋼方面，與國外先進(jìn)水平存在很大差距，存在鋼中微量雜質(zhì)元素含量偏高、氧含量水平高出國際先進(jìn)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，煉鋼過程中加入稀土，使原本優(yōu)質(zhì)的鋼變得更加“堅強(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%。

圖7

中國的首批高端稀土軸承鋼順利下線

如今，中國不僅能造出高端軸承鋼，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，同時高端軸承鋼的疲勞壽命也達(dá)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，高端軸承研發(fā)涉及材料、設(shè)計、軸承制造裝備、高精度機(jī)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，高端軸承技術(shù)具有極端的復(fù)雜性，掌握難度非常之大。

目前國產(chǎn)軸承，相比于進(jìn)口高端軸承，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。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，完全有能力趕上世界先進(jìn)水平。