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　　隨著主機(jī)的高速化、輕量化，軸承的工作條件更加苛刻，對(duì)軸承的性能要求越來(lái)越高，如更小的體積、更輕的質(zhì)量、更大的承載容量、更高的壽命和可靠性等。其中，國(guó)產(chǎn)軸承的壽命和可靠性成為近年來(lái)越來(lái)越突出的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)熱處理新技術(shù)、提高熱處理質(zhì)量一直是國(guó)內(nèi)外軸承生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)企事業(yè)單位關(guān)注的課題。

1. 高碳鉻軸承鋼的退火

　　高碳鉻軸承鋼的理想退火組織是鐵素體基體上分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。目前，除少數(shù)企業(yè)使用周期式設(shè)備外，普遍使用的是無(wú)保護(hù)氣氛的單通道推桿式等溫退火爐。退火的組織和硬度控制已比較成熟可靠，可較容易地把退火組織控制在JB1255標(biāo)準(zhǔn)中的2～3級(jí)或細(xì)點(diǎn)組織。存在的問(wèn)題是能耗偏高、退火后氧化脫碳嚴(yán)重。近年來(lái)，從節(jié)能的角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)了油電復(fù)合加熱等溫退火爐、雙室首尾并置（水平或上下）的等溫退火爐，節(jié)能效果顯著，應(yīng)大力推廣；同時(shí)，隨著毛坯精密成形工藝和設(shè)備的出現(xiàn)，開(kāi)始采用氮基保護(hù)氣氛等溫退火爐，以減少退火過(guò)程中的氧化脫碳，降低原材料的消耗和機(jī)加工成本。

2. 高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火

　　常規(guī)的高碳鉻軸承鋼馬氏體淬回火工藝的發(fā)展主要分3個(gè)方面：一是開(kāi)展淬回火工藝參數(shù)對(duì)組織和性能影響的基礎(chǔ)性研究，如淬回火過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體的分解、淬回火后的韌性與疲勞性能等；二是淬回火的工藝性能的研究，如淬火條件對(duì)尺寸和變形的影響、尺寸穩(wěn)定性等；三是取締氧化或保護(hù)氣氛加熱，推廣可控氣氛加熱。

2.1 組織與性能

　　常規(guī)馬氏體淬火后的組織為馬氏體、殘余奧氏體和未溶（殘留）碳化物組成。軸承鋼淬火后馬氏體基體含碳量為0.55%左右，組織形態(tài)一般為板條和片狀馬氏體的混合組織，或稱(chēng)介于二者之間的中間形態(tài)—棗核狀馬氏體，軸承行業(yè)上所謂的隱晶馬氏體、結(jié)晶馬氏體；其亞結(jié)構(gòu)主要為位錯(cuò)纏結(jié)以及少量的孿晶。隨淬火溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，組織形態(tài)逐步由隱晶→結(jié)晶→細(xì)小針狀過(guò)度。一般淬火后的正常組織為隱晶+結(jié)晶+細(xì)小針狀馬氏體的混合物。一旦出現(xiàn)大量明顯的針狀馬氏體，則組織為不合格組織，應(yīng)設(shè)法避免。

　　關(guān)于淬回火對(duì)性能的影響，國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了大量研究。洛陽(yáng)軸承研究所在20世紀(jì)80年代開(kāi)展了“GCr15鋼熱處理工藝的研究”。研究結(jié)果表明：淬火加熱為835~865℃、回火為150~180℃時(shí)，能獲得較好的綜力學(xué)性能和接觸疲勞壽命，845℃淬火時(shí)，壓碎載荷最高，疲勞壽命最長(zhǎng)；隨回火溫度升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，硬度下降，強(qiáng)度和韌性提高。對(duì)有特殊要求的零件或采用較高溫度回火以提高軸承的使用溫度，或在淬火與回火之間進(jìn)行-50~-78℃的冷處理以提高軸承的尺寸穩(wěn)定性，或進(jìn)行馬氏體分級(jí)淬火以穩(wěn)定殘余奧氏體獲得高的尺寸穩(wěn)定性和較高的韌性。軸承鋼淬火加熱后在250℃進(jìn)行短時(shí)分級(jí)等溫空冷，接著進(jìn)行180℃回火，或在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度等溫（馬氏體等溫淬火），可使淬后的馬氏體中碳濃度分布更為均勻，增加穩(wěn)定的殘余奧氏體量，沖擊韌性比常規(guī)淬回火提高一倍。

　　目前，國(guó)外的進(jìn)口軸承普遍采用所謂的個(gè)性化設(shè)計(jì)，即供應(yīng)進(jìn)口軸承前對(duì)軸承的工況條件進(jìn)行調(diào)查，針對(duì)工況開(kāi)展針對(duì)性設(shè)計(jì)，對(duì)熱處理質(zhì)量也提出針對(duì)性的要求，已使軸承壽命最長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)對(duì)軸承零件的熱處理要求統(tǒng)一按JB1255控制，相對(duì)較為粗獷，非個(gè)性化。應(yīng)針對(duì)軸承工況細(xì)化要求，并注意內(nèi)外圈與滾動(dòng)體的硬度匹配。

2.2 常規(guī)馬氏體淬火的發(fā)展動(dòng)向

　　目前，軸承零件的常規(guī)馬氏體淬火多采用鑄鏈爐、網(wǎng)帶爐等連續(xù)淬火設(shè)備，淬火后的組織、硬度等指標(biāo)很容易控制在所期望的范圍內(nèi)。對(duì)此類(lèi)淬火工藝，今后的發(fā)展方向有以下兩方面：

2.3.1 淬火變形的控制

　　淬火加熱設(shè)備基本采用了保護(hù)氣氛或可控氣氛，可以保證不脫碳，或根據(jù)需要進(jìn)行復(fù)碳或滲碳，從而可以大大壓縮熱處理后的加工余量。但加工余量的可壓縮程度往往又受到淬火變形的制約。目前，淬火變形（尤其是畸變）成為控制加工余量的主要因素；且對(duì)密封防塵軸承的套圈，淬火畸變將影響防塵蓋的壓入，進(jìn)而影響密封性能。因此，減小淬火畸變或?qū)崿F(xiàn)零畸變將是常規(guī)馬氏體淬火需要解決的主要問(wèn)題。因影響淬火畸變的因素繁多，變形的機(jī)理較為復(fù)雜，所以，每個(gè)生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)自身的設(shè)備和產(chǎn)品特點(diǎn)等多方面的因素，從生產(chǎn)實(shí)踐中探索出一些控制畸變的、行之有效的措施，如控制工件的擺放、入油方式、淬火油及油溫、攪拌等，實(shí)現(xiàn)少、無(wú)畸變淬火。

2.3.2 殘余應(yīng)力及殘余奧氏體的控制和評(píng)定

　　我國(guó)目前的熱檢標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)殘余應(yīng)力和殘余奧氏體沒(méi)有評(píng)定指標(biāo)限制。大量的研究表明：殘余應(yīng)力影響零件的接觸疲勞性能、韌性和磨削裂紋，適當(dāng)?shù)臍堄鄩簯?yīng)力可以提高接觸疲勞壽命、防止磨削及安裝裂紋的產(chǎn)生；殘余奧氏體降低尺寸穩(wěn)定性，其影響程度與殘余奧氏體本身的穩(wěn)定性、數(shù)量和存在部位有關(guān)。但適量的殘余奧氏體可以提高斷裂韌性和接觸疲勞性能。多家國(guó)外的著名軸承公司已把殘余應(yīng)力和殘余奧氏體列入熱處理控制指標(biāo)。因此，進(jìn)一步開(kāi)展殘余應(yīng)力和殘余奧氏體對(duì)熱處理后性能的影響及其機(jī)理的研究、開(kāi)展淬回火工藝對(duì)殘余應(yīng)力和殘余奧氏體影響的研究，進(jìn)而根據(jù)軸承的工況提出殘余應(yīng)力和殘余奧氏體的控制指標(biāo)等等，將是我國(guó)軸承行業(yè)熱處理研究的主要方向之一。

3. 貝氏體等溫淬火

　　貝氏體等溫淬火是近年來(lái)國(guó)內(nèi)軸承行業(yè)研究的熱點(diǎn)。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，洛陽(yáng)軸承研究所與重慶軸承廠合作，開(kāi)始了貝氏體等溫淬火在鐵路軸承上的應(yīng)用研究，隨后與沙河軋機(jī)軸承廠開(kāi)展了貝氏體等溫淬火在軋機(jī)軸承上的應(yīng)用研究，均取得了良好的效果，并在JB1255-1991中引入貝氏體等溫淬火相關(guān)的推薦性技術(shù)要求。同時(shí)，軸承行業(yè)也開(kāi)始了貝氏體等溫淬火的推廣應(yīng)用研究。借助于國(guó)家“八五”重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“鐵路客車(chē)軸承”，有關(guān)單位對(duì)貝氏體等溫淬火的組織與性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并成功地應(yīng)用于準(zhǔn)高速鐵路軸承的生產(chǎn)中。2001年在修訂JB1255時(shí)，正式將貝氏體等溫淬火的技術(shù)內(nèi)容列入標(biāo)準(zhǔn)正式條文。貝氏體淬火工藝在軋機(jī)、機(jī)車(chē)、鐵客等軸承上得到較為廣泛的推廣應(yīng)用。

　　貝氏體組織的突出特點(diǎn)是沖擊韌性、斷裂韌性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性好，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。因此適用于裝配過(guò)盈量大、服役條件差的軸承，如承受大沖擊負(fù)荷的鐵路、軋機(jī)、起重機(jī)等軸承，潤(rùn)滑條件不良的礦山運(yùn)輸機(jī)械或礦山裝卸系統(tǒng)、煤礦用軸承等。高碳鉻軸承鋼BL等溫淬火工藝已在鐵路、軋機(jī)軸承上得到成功應(yīng)用，取得了較好效果。

　　在鐵路、軋機(jī)軸承生產(chǎn)中，由于套圈尺寸大、重量重，油淬火時(shí)馬氏體組織脆性大，為使淬火后獲得高硬度常采取強(qiáng)冷卻措施，結(jié)果導(dǎo)致淬火微裂紋；由于馬氏體淬火后表面為拉應(yīng)力，在磨加工時(shí)磨削應(yīng)力的疊加使整體應(yīng)力水平提高，易形成磨削裂紋，造成批量廢品。而貝氏體淬火時(shí)，由于貝氏體組織比M組織韌性好得多，同時(shí)表面形成高達(dá)-400～-500MPa的壓應(yīng)力，極大地減小了淬火裂紋傾向[16]；在磨加工時(shí)表面壓應(yīng)力抵消了部分磨削應(yīng)力，使整體應(yīng)力水平下降，大大減少了磨削裂紋。

　　SKF公司把高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝主要應(yīng)用于鐵路軸承、軋機(jī)軸承以及在特殊工況下使用的軸承，同時(shí)開(kāi)發(fā)了適合于貝氏體淬火的鋼種（SKF24、SKF25、100Mo7）。其淬火時(shí)采用較長(zhǎng)的等溫時(shí)間，淬后得到全下貝氏體組織。近來(lái)，SKF又研制出一種新鋼種775V，并通過(guò)特殊的等溫淬火得到更均勻的下貝氏體，淬后硬度增加的同時(shí)其韌性比常規(guī)等溫淬火提高60%，耐磨性提高了3倍，處理的套圈壁厚超過(guò)100mm。

　　部分等溫后得到馬氏體/貝氏體復(fù)合組織的性能尚有爭(zhēng)議，如BL的含量多少為最佳等。即使有一最佳含量，在生產(chǎn)實(shí)際中如何控制，且復(fù)合組織在等溫后還需進(jìn)行一次附加回火，增加了生產(chǎn)成本。另外，就貝氏體等溫淬火而言，雖然對(duì)其工藝、組織、性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，但在大力推廣此工藝的同時(shí)，應(yīng)注意該工藝的限制，并非所有的軸承零件均適合貝氏體等溫淬火。還應(yīng)開(kāi)展貝氏體等溫淬火用鋼的開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提高貝氏體等溫淬火后的性能；開(kāi)展取代硝鹽等溫的熱處理設(shè)備的研制，減少環(huán)境污染等等。

4. 特殊熱處理

　　高碳鉻軸承鋼一般是整體淬硬，淬后的殘余應(yīng)力為表面拉應(yīng)力狀態(tài)，易造成淬火裂紋、降低軸承的使用性能。一類(lèi)特殊熱處理是通過(guò)對(duì)高碳鉻軸承鋼進(jìn)行滲碳、滲氮或碳氮共滲，提高表層的碳、氮含量，降低表面層的Ms點(diǎn)，在淬火過(guò)程中表面后發(fā)生轉(zhuǎn)變而形成表面壓應(yīng)力，提高耐磨性及滾動(dòng)接觸疲勞性能[17，18]。另一方面，通過(guò)一定的方法使熱處理后的軸承零件中保留一定量穩(wěn)定的殘余奧氏體，利用易變形的殘余奧氏體降低壓痕的邊緣效應(yīng)，使起源于壓痕邊沿的表面疲勞源不易形成和擴(kuò)展，從而提高軸承在污染條件下的接觸疲勞壽命。一般，在淬火加熱時(shí)，通過(guò)控制氣氛的碳（氮）勢(shì)，可達(dá)到以上目的。NSK的NSJ2鋼[19]及KOYO的SH技術(shù)[20]正是基于這一理論開(kāi)發(fā)的。

　　另一類(lèi)特殊熱處理方法是采用基體碳含量較高（0.4%）的高韌性滲碳鋼并配合特殊的滲碳或碳氮共滲熱處理。首先，對(duì)滲碳鋼的成分進(jìn)行調(diào)整：在保證韌性的前提下提高基體碳含量以提高基體強(qiáng)度，同時(shí)提高Si、Mn含量以提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性，加入Mo以細(xì)化碳化物、碳氮化物。其次是嚴(yán)格控制滲碳或碳氮共滲工藝，使零件處理后在其表面得到較多的殘余奧氏體（約30%~35%）和大量細(xì)小的碳化物、碳氮化物。一方面，大量細(xì)小的碳化物、碳氮化物可保證表面的硬度和耐磨性使壓痕不易形成；另一方面，即使形成壓痕，較多的穩(wěn)定殘余奧氏體也可降低其邊緣效應(yīng)，阻止疲勞源的形成和擴(kuò)展。基于這一理論，NSK、KOYO分別開(kāi)發(fā)了TF系列技術(shù)（HTF、STF、NTF）和KE技術(shù)，大大提高了軸承在污染潤(rùn)滑條件下的壽命。如NSK采用HTF技術(shù)生產(chǎn)的圓錐滾子軸承在污染潤(rùn)滑條件下的疲勞壽命為普通軸承的10倍[21]。NSK等公司在多種新開(kāi)發(fā)的軸承產(chǎn)品中使用了特殊熱處理技術(shù)。

　　近年來(lái)，洛陽(yáng)軸承研究所與有關(guān)單位合作，開(kāi)展了高碳鉻軸承鋼的特殊熱處理工藝研究，同時(shí)還獨(dú)家開(kāi)展了中碳合金鋼特殊熱處理工藝的研究。初步的研究結(jié)果表明：通過(guò)特殊熱處理可以顯著通過(guò)接觸疲勞壽命。這一工藝將在軸承行業(yè)具有重大的推廣價(jià)值，并將成為我國(guó)軸承行業(yè)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)。

5. 表面改性技術(shù)

5.1 離子注入

　　美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室從1979年起進(jìn)行了軸承零件離子注入的研究，英國(guó)、丹麥和葡萄牙等國(guó)從1989年開(kāi)始進(jìn)行與美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室類(lèi)似的工作。結(jié)果表明：注入鉻離子能顯著提高M(jìn)50鋼的抗腐蝕性能，而且抗接觸疲勞性能也有所提高；此外還用注人硼離子來(lái)提高儀表軸承的抗磨損能力；對(duì)軸承鋼52100進(jìn)行氮等離子源離子注入（PSⅡ）后在表面形成薄層氮化物，可提高軸承鋼的耐蝕性，用于代替昂貴的不銹鋼；對(duì)SUS440C不銹鋼球軸承進(jìn)行氮、硼離子注入可減小球軸承微小擺動(dòng)的微振磨損及軸承的灰塵排放，另外，對(duì)不銹鋼進(jìn)行（Ti+N）或（Ta+N）等離子體浸沒(méi)離子注入（PSⅢ）可顯著提高其顯微硬度、耐磨性和壽命。

　　我國(guó)軸承行業(yè)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始離子注入在軸承上的應(yīng)用研究，并成功應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，取得了良好的效果。

5.2 表面涂覆

　　表面涂覆技術(shù)包括：物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、射頻濺射（RF）、離子噴涂（Plasma spraying coating, PSC）、化學(xué)鍍等。PVD與CVD相比，其工藝過(guò)程中被處理工件的溫生低，鍍后不需再進(jìn)行熱處理，在軸承零件的表面處理中得到較廣泛的應(yīng)用。100Cr6、440C等鋼制軸承零件經(jīng)PVD、CVD或RF鍍TiC、TiN、TiAlN硬膜或MoS2類(lèi)軟膜等后，可提高軸承零件的耐磨性、接觸疲勞抗力，降低表面摩擦系數(shù)。

　　SKF公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)了兩種涂鍍技術(shù)：一是采用PVD在軸承套圈及滾動(dòng)體表面鍍硬度極高的金剛石結(jié)構(gòu)的碳（Diamond-Like Carbon, DLC），表面硬度比淬硬軸承鋼高40%~80%、摩擦系數(shù)類(lèi)似于PTFE或MoS2，具有自潤(rùn)滑特性，且與基體結(jié)合良好、無(wú)剝落，軸承壽命、耐磨性大幅度提高，在斷油的情況下仍可正常工作，被稱(chēng)為“No Wear bearing”；二是采用PSC在軸承的外圈外圓面噴涂一層100μm厚的氧化鋁，使軸承的絕緣能力高達(dá)1000V以上，通過(guò)增加氧化鋁的厚度使軸承具有更高絕緣能力。涂鍍的氧化鋁與基體結(jié)合牢固，還可提高軸承的耐蝕性，鍍后的軸承（INSOCOATTM bearing）可像一般軸承一樣進(jìn)行安裝。