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【領(lǐng)先技術(shù)】材料的世界

2018-07-10

鐵姆肯公司

　　說起炫酷的前沿科技，《復(fù)仇者聯(lián)盟3》中鋼鐵俠的Z新款Mark 50納米戰(zhàn)甲令人印象深刻。不僅有超強(qiáng)的修復(fù)能力，還能變化出多樣的功能。雖然這是一部科幻電影，但也將材料科學(xué)所能企及的邊界進(jìn)行了大膽而又合理的暢想。

Mark 50血邊戰(zhàn)甲

鋼鐵俠戰(zhàn)甲的酷炫穿法

　　現(xiàn)實(shí)世界中，在科技不斷發(fā)展的今天，材料作為一切應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)決定著一個(gè)文明的層次與高度。而對(duì)于基礎(chǔ)材料的研究深度也決定著我們的未來。

　　作為重要機(jī)械部件，軸承可以說是體現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域材料應(yīng)用的代表之一。伴隨著材料科學(xué)的發(fā)展，軸承得以用更小的體積來傳遞更大的功率，實(shí)現(xiàn)越來越大的功率密度。鐵姆肯公司作為全球軸承行業(yè)的領(lǐng)先者，其成功的奧秘之一可以說源自對(duì)材料學(xué)的不懈研究。經(jīng)過了近120年的歷程，鐵姆肯公司更能把握材料對(duì)于軸承乃至傳動(dòng)系統(tǒng)的影響的準(zhǔn)確性。從這一點(diǎn)似乎更容易理解為什么TIMKEN軸承歷久彌新，性能優(yōu)異。

軸承材料與性能的關(guān)系

　　軸承應(yīng)用的位置作為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，對(duì)軸承性能提出了極高要求。根據(jù)應(yīng)用條件選取適合的材料是確保軸承性能的關(guān)鍵。例如高溫應(yīng)用、超低溫應(yīng)用、高沖擊載荷應(yīng)用、多雜質(zhì)環(huán)境應(yīng)用、高轉(zhuǎn)速應(yīng)用、腐蝕氣氛等惡劣的使用環(huán)境，我們必須根據(jù)不同的應(yīng)用需求來使用恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚砉に嚒?/div>

軸承鋼材

　　隨著科技的發(fā)展，應(yīng)用于軸承的材料日趨多樣化，但對(duì)鋼材的選用和加工仍然是決定軸承整體表現(xiàn)Z重要的因素。

　　1、鋼材的純凈度
　　我們所計(jì)算的軸承壽命都是基于軸承發(fā)生疲勞剝落的壽命，而軸承鋼的純凈度則對(duì)疲勞剝落有著直接的影響。這是因?yàn)?，軸承的鋼材無法做到100%的純凈，必然會(huì)存在一些非金屬夾雜物，在軸承的承載旋轉(zhuǎn)過程中，夾雜物周圍會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，久而久之，應(yīng)力集中處會(huì)產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋發(fā)展到滾道面上時(shí)，軸承就會(huì)產(chǎn)生疲勞剝落。

夾雜物引起的裂紋源到疲勞剝落過程演示

　　上圖所示為夾雜物引起裂紋源并Z終導(dǎo)致疲勞剝落的演變過程，可見純凈度對(duì)軸承的疲勞壽命有著決定性的影響。而材料的純凈度與鋼材的化學(xué)成分、熔煉方式、熱加工工藝等有著密切的聯(lián)系。如果非金屬夾雜過多或尺寸過大，就會(huì)導(dǎo)致材料很容易出現(xiàn)疲勞裂紋源，隨著軸承的進(jìn)一步使用，裂紋不斷擴(kuò)展并Z終剝落。

夾雜物與軸承疲勞壽命的關(guān)系

　　隨著對(duì)材料研究的深入，軸承的壽命實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提升。在鐵姆肯公司，我們遵照嚴(yán)格的材料控制標(biāo)準(zhǔn)（GMQ）與和質(zhì)量管理系統(tǒng)（TQMS），確保軸承材料的純凈度與質(zhì)量，使我們的軸承能夠利用Z合適的材料，Z大限度的發(fā)揮材料的性能。

　　2、材料的熱處理
　　目前市面上的軸承熱處理工藝主要包括低碳鋼滲碳和高碳鋼淬透。熱處理的Z終的目的都是為了得到疲勞壽命更長、幾何結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高且表面硬度滿足使用要求的軸承材料。組織的均勻性與晶粒大小對(duì)材料的性能有著至關(guān)重要的影響。

　　作為圓錐滾子軸承的權(quán)威，鐵姆肯公司對(duì)于多種熱處理工藝均有著深入的研究與應(yīng)用。通過對(duì)熱處理工藝的成熟把控，使得應(yīng)用在軸承中的材料熱處理組織更均勻、晶?？刂聘?xì)化，得到物理性能更好的軸承材料。對(duì)于一般應(yīng)用條件，我們使用全淬透處理的鋼材作為軸承材料，但是如果在沖擊載荷較大或運(yùn)行環(huán)境雜質(zhì)較多的情況下，我們選擇滲碳鋼，這樣能保證軸承具備較好的抗沖擊性，同時(shí)能抑制由于雜質(zhì)而引起的軸承損傷。根據(jù)不同的使用工況，選擇Z合適的軸承材料才是體現(xiàn)軸承技術(shù)的關(guān)鍵。

軸承材料多樣化

　　除了鋼材以外，軸承不同部件還可以選擇多種不同的材料。如何讓這些各具特色的材料助力軸承展現(xiàn)良好性能，也是我們應(yīng)該考慮的問題。例如：軸承的內(nèi)圈、外圈可選取多種類型的金屬材料；滾子可選金屬材料或陶瓷材料；保持架則可選金屬材料、聚合物材料等；密封可選金屬材料、聚合物高分子材料等。軸承雖然是一類標(biāo)準(zhǔn)件，但其內(nèi)部的組成的多樣性卻是豐富多彩的。

常見軸承部件的材料運(yùn)用

陶瓷球

黃銅保持架

鋼保持架

　　萬物變化繽紛，材料的世界精彩萬分。愿這些裹含著無數(shù)活躍分子的材料繼續(xù)為人類技術(shù)的進(jìn)步保駕護(hù)航。如想進(jìn)一步了解軸承材料的相關(guān)信息，可聯(lián)系鐵姆肯公司工程師。