軸承是一個(gè)重要的機(jī)械基礎(chǔ)連接件，在機(jī)械工業(yè)應(yīng)用廣泛。可以說(shuō)，有旋轉(zhuǎn)的地方就有軸承。汽車作為現(xiàn)代社會(huì)人們的主要交通工具，汽車工業(yè)也成為我國(guó)主要的支柱產(chǎn)業(yè)，軸承在其中也發(fā)揮著重要作用。汽車的很多安保件，如轉(zhuǎn)向器、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等，都可以看到軸承的身影。汽車軸承作為軸承的一個(gè)分支，有承載、抗沖擊和高速旋轉(zhuǎn)等特殊性能，其性能對(duì)乘客、駕駛員和車輛本身的安全有著重要影響。
熱處理作為汽車軸承制造過(guò)程的關(guān)鍵工序，其加工質(zhì)量好壞與原材料是影響軸承壽命的兩大重要因素。下面，筆者根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和所掌握知識(shí)，從汽車軸承的材料、熱處理設(shè)計(jì)、熱處理工藝、熱處理裝備、熱處理技術(shù)力量和熱處理發(fā)展方向等方面，對(duì)汽車軸承熱處理技術(shù)做簡(jiǎn)要闡述。
一、軸承用材料
材料的好壞是決定軸承壽命的最重要因素，我國(guó)汽車軸承與國(guó)外差距，材料是主要因素，其次為軸承設(shè)計(jì)、工藝水平和工藝裝備。盡管我們修訂了GB/T18254標(biāo)準(zhǔn)，增加了“優(yōu)質(zhì)高碳鉻軸承鋼”標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其中碳化物、偏析、含氧量和夾雜物等要求有所提升，但受制于國(guó)內(nèi)鋼廠冶煉技術(shù)和成本等因素，完全實(shí)施仍有很大難度。
隨著真空脫氣的廣泛應(yīng)用，我國(guó)軸承鋼在氧含量控制方面有很大提高，已接近國(guó)外水平。但在碳化物均勻性、網(wǎng)狀碳化物控制、夾雜物控制等方面仍有較大差距，這就造成國(guó)內(nèi)汽車軸承質(zhì)量先天不足，軸承的壽命、可靠性及一致性遜色于國(guó)外軸承。
我國(guó)軸承材料大量使用的是GCr15鋼和GCr15SiMn鋼，品種單一。汽車軸承專用材料的研究開發(fā)尚無(wú)報(bào)道。軸承鋼生產(chǎn)廠家與軸承生產(chǎn)廠家很少合作。
二、軸承設(shè)計(jì)及工藝
1.個(gè)體化、差異化設(shè)計(jì)缺乏
先進(jìn)的軸承設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)軸承的服役環(huán)境，采用個(gè)體化和差異化的設(shè)計(jì)，以滿足軸承的實(shí)際工況要求。國(guó)內(nèi)軸承個(gè)體化和差異化設(shè)計(jì)方面仍顯不足。另外，軸承的熱處理設(shè)計(jì)也是影響軸承壽命的重要因素。軸承包含的四大件：外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架。國(guó)外先進(jìn)軸承企業(yè)對(duì)內(nèi)外圈和滾動(dòng)體都有不同的硬度要求，國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)汽車軸承的頂級(jí)企業(yè)對(duì)此已開始嘗試，但受制于軸承通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》中的硬度要求范圍，在軸承零件硬度設(shè)計(jì)上有局限性。同時(shí)，國(guó)內(nèi)軸承熱處理工藝及裝備水平也是影響實(shí)現(xiàn)個(gè)體化和差異化設(shè)計(jì)的因素。總之，我國(guó)汽車軸承設(shè)計(jì)與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比，處于粗放式階段，很多子領(lǐng)域沒有進(jìn)行專門的研究，模仿設(shè)計(jì)居多，自主設(shè)計(jì)較少，在軸承設(shè)計(jì)的技術(shù)儲(chǔ)備上更顯欠缺。
2.CQI－9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推廣
軸承零件熱處理質(zhì)量是決定軸承壽命的重要因素。目前國(guó)內(nèi)主要汽車軸承生產(chǎn)企業(yè)，已能基本上保證零件熱處理質(zhì)量，但對(duì)熱處理過(guò)程參數(shù)的精確控制、淬火介質(zhì)使用和熱處理設(shè)備保障能力等方面重視不夠，致使軸承零件熱處理質(zhì)量穩(wěn)定性與國(guó)外存在較大差距。國(guó)外先進(jìn)企業(yè)已普遍實(shí)施的CQI-9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)只限于個(gè)別企業(yè)的選擇性試用，這其中還摻雜應(yīng)對(duì)國(guó)外企業(yè)審核的因素。因此，全面、自覺地貫徹和推廣CQI－9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該是國(guó)內(nèi)軸承生產(chǎn)企業(yè)提高熱處理質(zhì)量，達(dá)到或超越國(guó)外先進(jìn)水平的惟一出路。
3.節(jié)能新工藝的應(yīng)用
目前國(guó)內(nèi)大部分軸承生產(chǎn)企業(yè)，仍普遍采用傳統(tǒng)的熱處理淬回火工藝：820～860℃淬火、油淬和200℃以下回火。整個(gè)工藝流程約4.5～5.5h。該工藝已沿用近四五十年。隨著節(jié)能環(huán)保的呼聲越來(lái)越高，作為耗能大戶的軸承熱處理行業(yè)，也開始嘗試對(duì)軸承經(jīng)典熱處理工藝進(jìn)行研究和改善，研究核心是改變和提高淬回火溫度，縮短工藝流程時(shí)間。同時(shí)嘗試使用非油淬火介質(zhì)，如鹽浴、水溶性介質(zhì)等，以擴(kuò)大熱處理加工范圍，使熱處理變形更有規(guī)律。襄軸、瓦軸和洛軸等企業(yè)在這些方面均有嘗試，并取得了一定的成果。
另外，鍛造后的正火處理，目前國(guó)內(nèi)已普遍采用利用鍛后余熱正火的工藝，節(jié)約了大量能源，但還缺乏明確的工藝規(guī)范，能源是利用了，正火質(zhì)量卻很不穩(wěn)定。需要有配套的專用設(shè)備，以解決質(zhì)量穩(wěn)定問(wèn)題。
4.滲碳汽車軸承的重新崛起
軸承經(jīng)滲碳后所獲得的優(yōu)質(zhì)綜合力學(xué)性能，是其他軸承材料所無(wú)法替代的，因此滲碳鋼成為高端汽車軸承的首選材料。汽車軸承使用滲碳鋼在20世紀(jì)80年代曾風(fēng)靡一時(shí)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)一些企業(yè)開始進(jìn)口成套軸承熱處理滲碳設(shè)備。后來(lái)隨著高碳鉻軸承鋼冶煉質(zhì)量的提高，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)初期的噴射式發(fā)展，國(guó)內(nèi)低端車型需要大量低成本的高碳鉻軸承鋼制軸承，滲碳汽車軸承被暫時(shí)擱置。近年來(lái)，隨著國(guó)外汽車巨頭在國(guó)內(nèi)的大量布點(diǎn)，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)整體水平的提高，滲碳汽車軸承被重新提出，滲碳汽車軸承今后會(huì)在安全系數(shù)要求很高的軍車、乘用車等關(guān)鍵部位大量采用。汽車滲碳軸承常用材料20CrMnTi、20CrNiMoA等，滲碳溫度均在900～930℃。滲碳汽車軸承的高熱處理成本限制了其廣泛采用。國(guó)內(nèi)企業(yè)也開始嘗試新型滲碳工藝，如高溫滲碳，即在1000℃或1050℃進(jìn)行滲碳，可大大縮短滲碳時(shí)間，降低成本。但受滲碳設(shè)備的制約，目前只停留在試用階段，大批量推廣使用還需時(shí)日。
另外，GCr15軸承鋼滲碳工藝的開發(fā)，也為高碳鉻軸承鋼的使用提供了新的思路。
5.與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有效接軌
國(guó)內(nèi)軸承熱處理使用最廣泛的JB/T1255－2000《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，又要經(jīng)歷十年一次的換版。在2009年西安召開的軸承熱處理行業(yè)會(huì)上，軸承標(biāo)準(zhǔn)歸口單位——洛陽(yáng)軸承研究所，已明確提出JB/T1255－2000標(biāo)準(zhǔn)的修訂要求，對(duì)網(wǎng)狀碳化物級(jí)別、殘留奧氏體數(shù)量、脫碳層深、淬回火馬氏體組織視場(chǎng)倍數(shù)等做出修訂，以接近國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)修訂應(yīng)在今明年內(nèi)完成。重新修訂的JB/T1255－2000標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)整個(gè)軸承行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。
網(wǎng)狀碳化物超差級(jí)別2.5級(jí)后的明確，會(huì)促使軸承生產(chǎn)企業(yè)對(duì)軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)提出更嚴(yán)格的要求，在鋼廠增加正火工序后會(huì)增加軸承鋼制造成本，最終會(huì)增加軸承制造成本。
脫碳層深度控制的加嚴(yán)，將加大保護(hù)氣氛熱處理設(shè)備的推廣力度，對(duì)我國(guó)軸承質(zhì)量的提升長(zhǎng)期有利。目前一些小型軸承生產(chǎn)企業(yè)的生存將受到挑戰(zhàn)。減少殘留奧氏體含量，目前最簡(jiǎn)便的辦法是在淬火后增加10℃以下的二次水冷處理。由于原來(lái)在標(biāo)準(zhǔn)中明確殘留奧氏體控制量，各軸承生產(chǎn)企業(yè)的連續(xù)熱處理設(shè)備很少有二次冷卻裝置，如設(shè)備布局過(guò)于緊湊，改造難度相當(dāng)大。
標(biāo)準(zhǔn)組織圖片視場(chǎng)由500倍改為1000倍，能提高組織判定的準(zhǔn)確性，實(shí)施難度不大。
每一次標(biāo)準(zhǔn)的修訂，從根本上講都是國(guó)內(nèi)主導(dǎo)軸承生產(chǎn)企業(yè)的利益體現(xiàn)。可以想象，此標(biāo)準(zhǔn)最終將會(huì)對(duì)軸承行業(yè)的進(jìn)一步整合起促進(jìn)作用。
另外，汽車軸承作為軸承的重要分支，應(yīng)有適合汽車工業(yè)特點(diǎn)的獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)汽車軸承工作者的不懈努力，這些是可以實(shí)現(xiàn)的。
三、熱處理裝備
1.淬回火設(shè)備
隨著20世紀(jì)90年代我國(guó)民營(yíng)企業(yè)對(duì)馬弗式（托輥式）網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐和和推桿爐等保護(hù)氣氛爐型的仿制、技術(shù)消化、局部更新等。國(guó)內(nèi)熱處理設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)迅速提高，到2000年以后，國(guó)內(nèi)熱處理設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)已基本成熟，基本達(dá)到軸承生產(chǎn)需要。近年來(lái)，保護(hù)氣氛設(shè)備大量普及，加上變壓吸附、膜制氮技術(shù)成熟，基本形成以托輥式網(wǎng)帶爐為主流，配合氮基保護(hù)氣氛的中小型汽車軸承熱處理淬回火生產(chǎn)模式，其主要優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)效率高，能耗低。對(duì)于大型汽車軸承，較多采用的是輥棒爐、多用爐和轉(zhuǎn)底爐。原來(lái)的老式陳舊設(shè)備如箱式爐、鹽浴爐、鼓型爐和仿蘇K式空氣加熱爐已基本淘汰。
2.退火設(shè)備
保護(hù)氣氛退火能耗低，退火后可實(shí)現(xiàn)少、無(wú)氧化，對(duì)提高軸承零件的材料利用率有重大的保障作用。由于目前國(guó)內(nèi)精鍛技術(shù)在軸承生產(chǎn)中很少使用，限制了保護(hù)氣氛退火的推廣。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，精鍛技術(shù)+保護(hù)氣氛退火的節(jié)能節(jié)材工藝流程，是今后軸承退火的發(fā)展方向。
3.從保護(hù)氣氛向可控氣氛過(guò)渡
“少無(wú)氧化加熱”具有能耗低、熱處理質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，這點(diǎn)已充分被軸承生產(chǎn)廠家還只停留在“保護(hù)氣氛”的“少氧化”加熱，采用99.8％以上氮?dú)?甲醇或只通入甲醇作為保護(hù)氣氛，爐內(nèi)碳勢(shì)不控制，熱處理后零件有少量脫碳層，基本可以滿足磨削要求。但在倒角、油溝等不磨削位置仍有殘留脫碳層，特別對(duì)滾動(dòng)體的使用壽命還是有一定的影響。目前國(guó)外先進(jìn)企業(yè)已全面推廣“可控氣氛”的“無(wú)氧化”加熱，采用高純氮?dú)?丙烷，爐內(nèi)碳勢(shì)可控制，保證爐內(nèi)氣氛的碳勢(shì)與加工零件含碳量基本一致，確保加工零件無(wú)氧化。
4.單線計(jì)算機(jī)控制向集中計(jì)算機(jī)控制過(guò)渡
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，汽車軸承熱處理設(shè)備已可基本實(shí)現(xiàn)單條生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制，對(duì)熱處理過(guò)程參數(shù)的精確控制有很大的保障作用。
在我們采用計(jì)算機(jī)控制后，生產(chǎn)效率與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比仍有較大差距，操作工人偏多，人均勞務(wù)收入低，是國(guó)內(nèi)熱處理企業(yè)的現(xiàn)狀。國(guó)外上十條熱處理生產(chǎn)線只需要幾個(gè)人操作，我們要幾十人甚至上百人。究其原因，是因?yàn)槲覀冎蛔龅絾螚l計(jì)算機(jī)控制，未做到集中計(jì)算機(jī)控制。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)熱處理車間的集中控制是各龐大的系統(tǒng)過(guò)程，需要熱前各工序的先期優(yōu)化，還需要徹底解決熱處理零件變形這一難題。但這畢竟是我們努力方向.
