​高端軸承（chéng）製造出來到底（dǐ）有多難？

軸承是（shì）機械（xiè）設備中不可或缺的核心零部（bù）件，主要功能是支撐機械旋轉體，降低摩擦係數並保證回轉（zhuǎn）精（jīng）度。它是數（shù）學物理等理（lǐ）論加上材料科學、熱（rè）處理技術、精密加工和數（shù）控技術等多學科的產物。無論飛機、汽車、高鐵還是高（gāo）精密機（jī）床，凡是旋（xuán）轉的部分，一般都（dōu）需要軸承。

當（dāng）其他機件在軸上彼此產生相（xiàng）對運（yùn）動時，用（yòng）來保持軸的中心位置及控製該運動的機（jī）件（jiàn），稱為軸承。它可用於轉軸（zhóu）的互相滾（gǔn）動（dòng），使轉軸轉（zhuǎn）動時產生的摩擦力減至最低。

01早期的直線運動軸承，是在撬板下放置一排木杆。這個技術（shù）可以追溯到修建卡夫拉金字塔的時候，雖然還沒有明確的證據。現代直線運動軸承使（shǐ）用的是同一種工作原理（lǐ），隻不過是用滾球代替滾子。

從重載車輪軸和機床主軸到精（jīng）密鍾（zhōng）表零件，很多場合都（dōu）需要旋（xuán）轉軸承，最簡（jiǎn）單的旋（xuán）轉軸承是軸套（tào）軸承（chéng）。這種設（shè）計隨後被滾動軸承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的（de）襯套。最早投入使用的滾動軸承是鍾（zhōng）表匠約翰·哈裏遜於1760年為製作H3計時器而發（fā）明的。

在意大利奈米湖的一艘古（gǔ）羅馬船隻（zhī）上，發現了早期的球軸承實例，有個（gè）木（mù）製球軸承用來支撐旋轉桌麵，這艘船建造於公元（yuán）前40年。球軸（zhóu）承的各種不成熟因素中，有很重要的一點就是球（qiú）之間會發生碰撞，造成額外的摩擦。

第一個關於軸承球溝道的（de）專利是菲利普·沃恩在1794年獲得的。1883年，弗裏德裏希·費舍爾（ěr）提出了使用合（hé）適的生產機器（qì）磨製大（dà）小相同、圓度（dù）準確的鋼球，這奠定了創建軸承工業的基礎。1907年，SKF球軸（zhóu）承工（gōng）廠的斯文·溫（wēn）奎斯特設計了最早的現代自調心球軸承。

按照相對（duì）運動的接觸形式（shì）軸承分為： 滾珠軸承（chéng）、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動軸承（chéng）、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸承、寶石軸（zhóu）承和含油軸承等。

02雖然軸承結構簡單，很（hěn）多小作坊都能做出來（lái），但軸承具有（yǒu）很高（gāo）的（de）技術含量，甚至可作為衡量一個國家科技、工（gōng）業實力的重（chóng）要標準。當今世界科技工業強國無一例外都是軸承（chéng）研發製造強國。

世界軸承市場（chǎng）70%以上（shàng）的份額，被十大跨國軸（zhóu）承集團公司所占據，其中（zhōng）美國占23%、歐盟占21%、日本占19%。世界軸承市場基本是由日本NSK 等五大公司（sī）、瑞典SKF 公司、德（dé）國FAG 等兩家公司、美國Timken 等幾家公司所（suǒ）主導。

同時，世界軸承行（háng）業的高端市場被上述企業所壟斷，而中低端市場則主要集中於中國。而我國瓦軸等10家最大的軸承企業，銷售額僅占全行業的24.7%，前30家的生產集中度也僅為（wéi）37.4%。

近幾年，我（wǒ）國軸承工業已形成一整套（tào）獨立完整的工業體係（xì），無論從軸承產量，還是軸承銷售額，我國都已（yǐ）經（jīng）邁入軸承工業（yè）大國行列，位列世（shì）界第三。數據顯示，2017年，我國軸承行業規模以上（shàng）企業主營業務收入1788億（yì）元，軸（zhóu）承產量210億套。能夠生（shēng）產小至內（nèi）徑0.6毫米，大至外徑11米，共計多達9萬（wàn）多個品種（zhǒng）規格的軸（zhóu）承。

數據來源：中國軸承工業協會（huì）、中商（shāng）產業研究院整理2006年至2017年（nián），我國軸承出口額增長較穩（wěn）定，增速高於進口，進出口貿易順差呈增（zēng）長趨勢，2017年貿易順差達15.50億美元。且對比進出口（kǒu）軸承單價，近幾年我（wǒ）國進出口軸（zhóu）承價差較大，但（dàn）價差幅度逐年減小，反映出我國軸承行業技術含量雖然與先進水平尚存在一定差（chà）距，但在追趕中。同（tóng）時反映出我國（guó）中低端軸（zhóu）承產能過剩，高（gāo）端（duān）軸承產能不足的現狀。

數據來源：中國軸承工業協（xié）會、中商產業研（yán）究院整理當前，國產軸（zhóu）承的設計和製造技術基（jī）本上是模仿，產品開（kāi）發能力（lì）低，在某些核心技（jì）術的（de）研發領域（yù）甚至還是空白（bái）。雖然（rán）對國內主（zhǔ）機的配（pèi）套率達到80%，但高速鐵路客車、中高檔（dàng）轎車、計算機、空調、高水平軋機等重要主機的配套和維修軸承，基本上依靠進口（kǒu）。

國產軸承製造工藝和工藝裝備技術發展緩慢，車加工數控率低，磨加工自（zì）動化水平低，全國僅有（yǒu）200多條（tiáo）自動生產（chǎn）線。對軸承壽命和可靠性至關重要的先進熱處理工藝和裝備，如控製氣氛保護加熱、雙細（xì）化、貝（bèi）氏體淬火等覆蓋率低，許多技（jì）術難題攻關未能取得突破。

軸（zhóu）承鋼新鋼種（zhǒng）的研發，鋼材質量的提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨（mó）具等相關技術的研（yán）發，尚（shàng）不能適應軸承產品水平和（hé）質量提高的要求。

以最（zuì）常見的（de）深溝球軸承為例，國外先（xiān）進產（chǎn）品的實際（jì）壽命一般為計算壽命的（de）8倍以（yǐ）上，最高可達（dá）30倍以上，可（kě）靠性為98%以上。

而國產軸承的壽命一般為計（jì）算壽命的3~5倍，可靠性為96%左右，差距還是很顯著的。這對於普通的運動機械來說，問題不算（suàn）太大。但是在高端領域就很難接受了，因此國內航空軸承、高（gāo）鐵（tiě）軸承、機器（qì）人軸承等基本以進口軸承為主。03高鐵、大飛機、重載型武器等高端裝備上都（dōu）有（yǒu）高端軸承的使用需求，而（ér）要滿足高端軸（zhóu）承在精度、性能（néng）、壽（shòu）命和可靠性等方麵的要求，軸承材料的高質量和可靠性是決定性因素。▲維護F110發動機風扇軸承由（yóu）於物體的高速旋轉，軸承的各個部位要承（chéng）受變應（yīng）力、高頻的作用（yòng），一般單位麵積壓力高達每平方毫米1500到5000N在這些因素的作用下，軸承很容易產生應力（lì）疲勞，進而造成疲勞剝落，使得（dé）軸承失去其作用，與此同時滾（gǔn）動（dòng）軸承（chéng）還需承受離心力、摩擦（cā）力、高溫、腐（fǔ）蝕等因（yīn）素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼（gāng）。

在滾動（dòng）軸承的四大組成部（bù）分中，除保（bǎo）持器（qì）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（sù）有“鋼中之王”的稱號，是鋼鐵生產中要（yào）求最嚴的鋼種。

軸承鋼的質量（liàng）主要（yào）取決於以下四個因素：一是鋼中的（de）夾雜物（wù）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；三是鋼中的中心疏鬆縮孔和中心（xīn）偏析；四是軸承鋼產品性能的一致性。這四個因素（sù）可（kě）以（yǐ）歸納為純淨度和均勻（yún）性指標。

▲高端軸承鋼中均勻細小的碳化物組織和熱處理後均勻（yún）分布的細小碳化物（wù）其（qí）中，純淨度要求材料中的夾雜物盡量少，純（chún）淨度的好壞對軸承的疲（pí）勞壽命（mìng）有直接影響；而均勻性則要求材料中的夾（jiá）雜物和（hé）碳化物顆粒細小、彌散，這會影響到軸承製造中熱處理後的變形、組織均勻（yún）性等。

我們國家製軸工藝已經（jīng）接近世（shì）界頂尖水平，但材質——也就是（shì）高端（duān）軸承用鋼幾乎全部依賴進口。

“PPM”在煉（liàn）鋼中（zhōng）是氧含量的單位，意指百（bǎi）萬分率或百萬（wàn）分（fèn）之幾。一般而言，在鋼鐵行業，8個（gè）PPM的鋼屬於好鋼；5個PPM的鋼屬於頂級鋼，正是高（gāo）端軸承所需要的。

高端軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯（kěn）、瑞典SKF所壟斷。前（qián）幾年，他們（men）分別在山東煙台、濟南建立基地，采購中國的低端材質，運（yùn）用他們的核（hé）心技術做成高（gāo）端軸承，以十倍的價格賣給中國市場。

煉鋼過程（chéng）中加入稀（xī）土，就能使原本優（yōu）質的（de）鋼變（biàn）得更（gèng）加“堅強”。但怎麽加，這是世界軸承巨頭們的核心（xīn）秘密。

近日，中科院金屬所材料（liào）加工模擬研究團隊（duì）通過對單重百噸級大鋼（gāng）錠（dìng）的實物解剖和計算，發現雜質是導致成分不均（jun1）勻的主要根源，據此開發了商用稀土合金（jīn）的純淨（jìng）化製備技術和稀土在鋼中特殊（shū）加入技術，從而突破了（le）稀土在鋼中（zhōng）進行工業化應用的技術瓶頸，實現了在鋼中添加稀土（tǔ）後（hòu）的工（gōng）藝順行（háng）和（hé）性能穩定。

以日（rì）本NSK軸承為例，它是從專研基礎科學開始研發（fā）製造軸承的，以摩擦學技術、材料技術、機（jī）電一體（tǐ）化技術和解析技術為四大核心（xīn）技術。（華為任正非老先生近期采訪也多次提到要重視基礎科學）。

正是因（yīn）為這種無與倫比的研發精神，NSK從一家日本加工企業演變成（chéng）了一家世界級的軸承（chéng）巨頭。

▲NSK技術發展曆程我們國家（jiā）已經能造出好（hǎo）鋼，接下來要做的就是如何將其運用在軸承上，高端軸承還（hái）涉及材料、設計、高精（jīng）度加工、軸承製造等技術難題，還有一些交叉學科如疲勞與破壞、潤滑學等，因此（cǐ）我國（guó）距離高端軸承技（jì）術還有一定差距（jù）。