凡想得到的大多數機械設備都有它的存在，手機里的振動馬達、電腦散熱風扇，乃至共享單車、洗衣機、天空中的飛機、海里的艦船……凡是旋轉的部分，都需要軸承。而小小的軸承卻是衡量一個國家科技、工業實力的重要標準，更被視為“高端裝備的關節”。

（一）軸承的工作環境有多苛刻，你可能想象不到

軸承，顧名思義，就是要承托轉軸、或直線運動軸的機件部分，它的作用是為機械中旋轉體或直線來回運動體提供支撐，當其他機件在軸上產生相對運動時，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體。為了保證機械效率和回轉精度，就要求旋轉體在運動過程中有低的摩擦系數，因此，軸與軸承間的振動越小、磨損越少、發熱越低越好。

以滾動軸承為例，當它始運轉工作之后，軸承內、外套圈、軸承滾動體間就要承受高頻、變應力的作用，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，并且離心力會隨轉速的增加而增大。

在這種高頻、變應力的作用下，套圈或滾動體的表面很容易產生應力疲勞，最后在抗疲勞強度低的部位產生疲勞裂紋，形成疲勞剝落，使軸承破損失效。

軸承工作時的載荷和轉速是決定軸承壽命的重要因素 

除了高速轉動過程帶來的應力擠壓、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雜。

全斷面隧道掘進機與其主軸承

（二）造出苛刻條件下工作的高端軸承，得有好鋼

高鐵、大飛機、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，軸承材料的高質量和可靠性是決定性因素。

空軍地勤人員正在維護F15戰斗機的F110發動機風扇軸承

在滾動軸承的四大組成部分中，除保持器外，內、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，是鋼鐵生產中要求最嚴的鋼種。

軸承鋼也有很多種類，根據使用要求的不同，化學成分也不相同，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。

軸承鋼的質量主要取決于以下四個因素：一是鋼中的夾雜物含量、形態、分布和大小；二是鋼中的碳化物含量、形態、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。

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小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細小碳化物

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，會引起局部的應力集中，產生疲勞裂紋，也都是應該要盡力避免的。

目前，隨著鋼的高純凈度冶煉平臺系統的完善，軸承鋼純凈度有了很大的提高，夾雜物水平得到有效控制，國外發達國家的鋼中氧含量已經控制在5ppm以下，所以鋼中碳化物的含量、分布、大小等逐漸變成了當下制約軸承鋼質量的主要因素。

（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總值總是保持一定的關系，而軸承鋼的生產能力和水平又是軸承工業發展的關鍵制約因素，因而，工業發達國家歷來都十分重視軸承鋼的生產、質量以及研發工作。

以前，高端軸承鋼的研發、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，他們甚至從中國采購低端材質，最后加工成高端軸承，再以數十倍的價格賣到中國市場。

生產連鑄軸承鋼的連鑄機

很長一段時間內，中國的軸承鋼產量高，但質量水平低，特別在高端軸承鋼方面，與國外先進水平存在很大差距，存在鋼中微量雜質元素含量偏高、氧含量水平高出國際先進水平兩三倍、鋼中碳化物形態均勻性差等問題。

經過十多年的努力，中國已成為軸承鋼生產大國，攻克了諸多軸承鋼生產工藝中的難點問題，比如氧含量控制在≤5ppm的世界先進水平，掌握了其內在質量控制的核心技術。

此外，煉鋼過程中加入稀土，使原本優質的鋼變得更加“堅強”，是解決高端軸承用鋼的技術方向，這類技術原本是世界軸承巨頭們的核心秘密，現在也被中國的科研人員攻克，中國的科學家們將稀土軸承鋼中影響疲勞壽命的大尺寸夾雜物數量減少了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，中國的軸承鋼已經供應給瑞典、德國、日本等國，同時高端軸承鋼的疲勞壽命也達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，高端軸承研發涉及材料、設計、軸承制造裝備、高精度機械加工、檢測與試驗等一系列技術難題，還需要接觸力學、潤滑理論、摩擦學、疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎研究和交叉學科的支持，高端軸承技術具有極端的復雜性，掌握難度非常之大。

目前國產軸承，相比于進口高端軸承，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。但中國在軸承領域已經有了不錯的產業基礎，在可預見的將來，完全有能力趕上世界先進水平。