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近期中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進鋼鐵材料研究部李殿中研究員團隊在稀土技術(shù)應用領(lǐng)域取得重大技術(shù)進展。開發(fā)出了“雙低氧稀土鋼”技術(shù)，即鋼液和稀土金屬都低氧的控制技術(shù)，有效解決了稀土鋼工業(yè)應用中的問題。這一技術(shù)在高純凈度的GCr15軸承鋼中應用后，與不加稀土的軸承鋼相比，稀土軸承鋼±800MPa拉壓疲勞壽命提升了40倍，滾動接觸疲勞壽命提升了40%。

稀土軸承鋼和進口軸承鋼的性能對比

這項研究的關(guān)鍵就是降低鋼液和稀土金屬中的氧含量。通過與金屬所相關(guān)研究團隊合作，結(jié)合實驗、計算和表征，揭示了稀土在鋼中的關(guān)鍵作用機制，控制夾雜物和稀土固溶，制備出性能優(yōu)越、穩(wěn)定的低氧稀土鋼。

進口軸承鋼和稀土軸承鋼顯微表征對比

通過對軸承鋼夾雜物的研究，科研團隊發(fā)明了一種新的夾雜物萃取三維表征技術(shù)，可以分析稀土GCr15軸承鋼和某進口軸承鋼中的夾雜物形貌。稀土軸承鋼中的夾雜物主要是細小的球狀稀土氧硫化物，硬度比較小和基體材料比較接近，匹配性良好。在疲勞加載過程中可以發(fā)生塑性變形，引發(fā)夾雜物周圍應力集中顯著減小，有效延緩了疲勞裂紋的萌生，可以大大提高軸承的疲勞壽命。進口軸承鋼中的夾雜物主要是氧化鋁和大尺寸硫化錳，硬度比較高，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，從而影響軸承的疲勞壽命。

長期以來，我國航空發(fā)動機軸承壽命比較低，嚴重影響了我國航空發(fā)動機的壽命。為此我國的科技工作者付出了巨大的努力。在這次軸承鋼材料取得重大技術(shù)突破以前，我國在軸承研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域就已經(jīng)取得了很多技術(shù)成果。航空發(fā)動機軸承要想壽命長，需要從基礎(chǔ)理論、材料、工藝等三個方面入手。前面我們談了最近我國軸承材料領(lǐng)域的技術(shù)成果，下面再來說說我國在軸承技術(shù)基礎(chǔ)理論領(lǐng)域取得的進展。

中國科學院趙振業(yè)院士

多年前，中科院趙振業(yè)院士和他的團隊花了30年時間研究創(chuàng)造出一套新的抗疲勞制造理論體系。抗疲勞制造技術(shù)，就是通過控制表面完整性和表面變質(zhì)層來保證疲勞強度的新一代先進制造技術(shù)，抗疲勞制造能夠抑制疲勞強度應力集中敏感，可以使材料的性能發(fā)揮到極限，使機械零件實現(xiàn)長壽命。這一體系提出了新概念：抗疲勞制造是控制表面完整性和表面變質(zhì)層、以疲勞為判據(jù)，實現(xiàn)極限疲勞強度的制造技術(shù)。提出了新理論：“無應力集中”抗疲勞理論。建立了關(guān)鍵技術(shù)體系：抗疲勞制造關(guān)鍵技術(shù)體系、極限壽命設(shè)計技術(shù)體系、極限性能材料體系等，形成了第三代機械制造技術(shù)。

縱觀世界機械制造技術(shù)發(fā)展歷史，機械制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了三代：成形制造、表面完整性制造、抗疲勞制造。如果將成形制造的產(chǎn)品壽命定義為1，那么表面完整性制造可以達到10，而抗疲勞制造可以提高到100。抗疲勞制造改變了疲勞失效模式，因而制造的零件可以實現(xiàn)極限壽命、極限可靠性、極限減重。此項技術(shù)不僅可以用在航空發(fā)動機軸承上，也適用于幾乎所有機械制造領(lǐng)域，是一項提高中國機械制造業(yè)整體水平的戰(zhàn)略技術(shù)。這項世界領(lǐng)先水平的技術(shù)成果將讓中國制造的機械產(chǎn)品和裝備比西方發(fā)達國家制造的壽命更長，可靠性更高，助力中國機械制造行業(yè)，實現(xiàn)對國際先進水平的超越。

說完理論我們再來說說軸承的加工工藝。說到這里不得不提到山東華云機電的豪克能技術(shù)。這是一種消除應力集中的重要加工技術(shù)，是實現(xiàn)抗疲勞制造技術(shù)的一種重要工藝手段。豪克能技術(shù)可以實現(xiàn)金屬表層晶粒納米化，是繼車、銑、刨、磨等機械加工工藝之后，又一種全新的機械加工新工藝。其利用激活能和沖擊能的復合能對金屬零件進行加工，可以獲得鏡面級表面質(zhì)量，實現(xiàn)零件的表面改性。讓金屬材料疲勞壽命提高100倍，表面顯微硬度提高20%以上，耐磨性提高50%以上，耐腐蝕性提高50%以上。是解決材料加工過程產(chǎn)生應力集中問題的一種非常先進的加工技術(shù)。

2016年，山東華云機電科技有限公司與趙振業(yè)院士合作，采用豪克能技術(shù)加工的航空發(fā)動機軸承取得技術(shù)突破。航空發(fā)動機主軸承滾珠實現(xiàn)接觸疲勞壽命400萬小時，超過世界領(lǐng)先水平的同類軸承滾珠一個數(shù)量級也就是10倍。軸承壽命達到了德國FAG航空軸承的22倍。FAG隸屬德國舍佛勒集團，是目前世界航空航天發(fā)動機軸承頂級制造商。至此，我國在航空發(fā)動機軸承技術(shù)的基礎(chǔ)理論、材料和工藝等領(lǐng)域都取得了巨大進步，并已達到世界領(lǐng)先水平。為我國航空發(fā)動機2030年達到世界領(lǐng)先水平奠定了良好基礎(chǔ)。

創(chuàng)新的本質(zhì)就是彎道超車！

來源：知乎