我國軸承與國外先進水平的差距主要表現(xiàn)在兩個方面：

　　A.企業(yè)發(fā)展的差距，諸如產(chǎn)業(yè)集中度、企業(yè)管理水平、經(jīng)營戰(zhàn)略與國際競爭力等；

　　B.產(chǎn)品質(zhì)量差距。

　　有資料對滾動軸承的質(zhì)量差距有如下表述：

　　1.產(chǎn)品的一致性差異。同一批軸承的各種質(zhì)量參數(shù)離散性較大，如公差分布的正態(tài)曲線呈丘峰狀，而不顯尖峰，疲勞試驗中最高壽命與最低壽命之比有時相差100倍以上，此外，熱處理質(zhì)量的一致性也存在明顯差距。

　　2.動態(tài)性能差距。反映軸承使用狀態(tài)的動態(tài)性能（振動、噪聲、摩擦等），尤其是滾子軸承、中大型球軸承差距較大，常規(guī)檢測數(shù)據(jù)表明相同規(guī)格振動（加速度）相差５~10dB，按相同標準檢測，國產(chǎn)軸承合格率低于國外先進水平約20%以上。

　　3.壽命可靠性低。疲勞壽命試驗數(shù)據(jù)表明，國外先進水平壽命指數(shù)（試驗壽命與計算壽命之比值）k≥８，而國內(nèi)球軸承目前水平約k≥６，滾子軸承k≥４。

　　產(chǎn)品質(zhì)量的上述三個差距還普遍存在不穩(wěn)定的問題，而且各個企業(yè)之間水平也不平衡。

　　軸承的壽命與主要失效形式

　　鑒于軸承壽命的離散性特征，提高軸承壽命的主要目標應致力于減少軸承使用中的早期疲勞；軸承壽命與主機壽命、主機的大修周期相適應，不追求過度的壽命。由于軸承的使用領域不同，主機對軸承性能的要求千差萬別，因而軸承壽命也就有了不同類型、如疲勞壽命、精度壽命、高可靠度壽命等。對于最廣泛應用領域的主機，則多以疲勞壽命為軸承壽命的基本要求。

　　大量的應用實踐和壽命實驗都表明，滾動軸承失效多為接觸表面疲勞。

　　由于軸承在載荷下旋轉(zhuǎn)，在滾動體分別與內(nèi)圈滾（溝）道和外圈滾（溝）道的滾動接觸處，產(chǎn)生的接觸應力為重復交變應力，對滾子軸承，沿接觸線的應力分布不均勻，旋轉(zhuǎn)時，兩端還會產(chǎn)生明顯的應力集中。交變應力的循環(huán)作用，使接觸表面的基體組織產(chǎn)生組織變化，經(jīng)過一定時期后，便有片狀顆粒自表面剝落，形成麻坑或麻點。ISO25243-2004將疲勞列在軸承六種常見失效模式之首，被列在第六位的斷裂在形成過程中也因有疲勞的原因，被稱為疲勞斷裂。典型的疲勞失效分為次表面起源型和表面起源型。

　　一．次表面起源型疲勞

　　滾動接觸最大接觸應力發(fā)生在表面下一定深度的某處，在交變應力的反復作用下，在該處形成疲勞源（微裂紋）．裂紋源在循環(huán)應力下逐步向表面擴展，形成開放式的片狀裂縫，進而被撕裂為片狀顆粒從表面剝落，產(chǎn)生麻點、凹坑。如該處軸承鋼存在某種薄弱點、或缺陷（常見的如非金屬夾雜物、氣隙、粗大碳化物的晶界面），將加速疲勞源的形成和疲勞裂紋的擴展，大大降低疲勞壽命。

　　二．表面起源型疲勞

　　接觸表面處有損傷，這些損傷可能是原始的，即制造過程中形成的劃傷、碰痕，也可能是使用中產(chǎn)生的，如潤滑劑中的硬顆粒，軸承零件相對運動產(chǎn)生的微小擦傷；損傷處可能存在潤滑不良，如潤滑劑貧乏，潤滑劑失效；不良的潤滑狀態(tài)加劇滾動體與滾道之間的相對滑動，導致表面損傷處的微凸體根部產(chǎn)生顯微裂紋；裂紋擴展導致微凸體脫落，或形成片狀剝落區(qū)。這種剝落深度較淺，有時易與暗灰色蝕斑相混淆；

　　三．疲勞斷裂

　　疲勞斷裂的起源是過度緊配合產(chǎn)生的裝配應力與循環(huán)交變應力形成的疲勞屈服，裝配應力、交變應力與屈服極限之間的平衡一旦失去，便會沿套圈軸線方向產(chǎn)生斷裂，形成貫穿狀的裂縫。

　　實踐中正常使用失效的軸承，其損壞大多如上所述，即接觸表面疲勞，而三種疲勞失效類型又以次表面起源型疲勞最為常見，ASO281和ISO281/amd.2推薦的軸承壽命計算方法就是以次表面起源型疲勞為基礎得出的。

　　抗疲勞制造技術的現(xiàn)實意義

　　把機械構件的疲勞失效在生產(chǎn)過程中加以預防具有重要的現(xiàn)實意義，出發(fā)點如下：

　　（１）高可靠度要求的機械產(chǎn)品壽命常受到疲勞失效的制約，引發(fā)重大安全事故，如航空機械、橋梁、風電設備等應用中的結構件。

　?。ǎ玻┢谑悄承C械基礎件的主要失效形式，如齒輪、軸承、鐵路輪軌等，而這些基礎件不僅使用廣泛，而且對整個機械系統(tǒng)（傳動與支承）有不可忽視的作用與影響。

　?。ǎ常慕?jīng)濟規(guī)模看，我國經(jīng)濟規(guī)模占世界比重大，但制造業(yè)的國際競爭力卻不強。大而不強的因素很多，就機械制造業(yè)與國外先進水平的差距分析，壽命低是重要因素之一。

　　（4）研究和發(fā)展基礎構件的抗疲勞制造技術將有效地促進“由大變強”的過程，是提升質(zhì)量、節(jié)約資源的重大技術措施。

　　什么是抗疲勞制造技術

　　單從制造加工過程來講，抗疲勞制造技術是指在不改變零件的材料和截面尺寸的前提下，通過制造工藝過程，去改變材料的組織性能，改變應力分布狀態(tài)來達到提高零件疲勞壽命的目的。

　　但從零件形成的全過程來思考，材料本身的耐疲勞性能，設計過程中參數(shù)優(yōu)化及應力、應變分析，零件的正確、科學使用，對耐疲勞性能都有重要的作用和影響。因此，抗疲勞制造技術的完整概念應該包括材料工程、設計工程、工藝制造和現(xiàn)場應用的全過程。

　　抗疲勞制造技術常用的工藝方法

　　A.熱處理技術

　　熱處理是常用的改善材料力學性能的工藝方法，為了適應不同材料零件的不同使用要求，需要選擇不同的熱處理工藝，預先熱處理組織、淬火加熱溫度、加熱速度、冷卻方式（介質(zhì)與速度）、回火溫度與時間等都對機械性能有明顯影響，要對諸多熱處理參數(shù)進行優(yōu)化、組合，以求得適應使用條件的最佳性能，從而延長零件的耐疲勞壽命。構建熱處理虛擬生產(chǎn)平臺，推動熱處理技術向高新技術知識密集型轉(zhuǎn)變。熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化及發(fā)展數(shù)字化熱處理技術是實現(xiàn)抗疲勞制造的重要前提。

　　B.表面化學熱處理

　　表面化學熱處理的改性作用主要在表面，可根據(jù)不同的使用要求，選擇滲入的化學元素，如滲碳后淬回火以提高表面硬度，但工件畸變不易控制：滲氮后形成金屬氮化物可獲得更高的表面硬度及耐磨性、耐蝕性和抗疲勞性能，且工件畸變小，但效率不高；共滲工藝使硬度、耐磨、耐蝕、抗疲勞性能更優(yōu)，且淬火畸變少，但硬化層薄，不宜于重載工件。表面化學熱處理的發(fā)展方向是擴大低溫化學處理的應用，提高滲層質(zhì)量，加速處理過程，發(fā)展環(huán)保型工藝、復合滲工藝及模擬數(shù)字化處理技術。

　　C.表面強化技術的應用

　　傳統(tǒng)的表面強化技術源于冷作硬化原理，如拋丸、噴砂、噴丸等，新的表面強化技術如激光表面硬化、激光噴丸表面硬化、超聲滾光硬化、化學方法表面硬化，復合各種工藝的表面硬化新技術已在許多領域中被成功應用，如激光一噴丸工藝（激光沖擊處理），使用高能脈沖激光在零件表面形成沖擊波，使表面材料產(chǎn)生壓縮和塑性變形，形成表面殘余壓應力，從而增強了抗疲勞能力（如抗應力裂紋、耐腐蝕疲勞等）。

　　D.表面改性技術

　　常用的表面改性技術主要有離子注入和表面涂覆。

　　離子注入是非高溫過程，沒有冶金學和平衡相圖的限制，可根據(jù)不同需要選擇不同注入元素與劑量以獲得預期的表面性能。如：注入鉻離子以增強基體材料的抗腐蝕和耐疲勞能力；注入硼離子以增強基體的抗磨損能力。

　　表面涂覆技術包括物理氣相沉積（PVD），化學氣相沉積（CVD）射頻濺射（RF）離子噴鍍（PSC），化學鍍等。

　　此外，離子滲工藝在一定真空度下利用高壓直流電使被滲元素處于離子狀態(tài)，使產(chǎn)生的離子流轟擊工件表面，在表面形成化合物達到降低摩擦、提高耐磨性的目的。

　　E.微細加工與光整技術

　　作為一種先進的制造技術，高精度的微細加工與調(diào)配、光整技術，也為提高基礎零件的抗疲勞能力發(fā)揮出重要作用。超精密的研磨加工、渦流光整加工，以降低工件表面粗糙度為目的，加工后的表面理化特性、力學特性、接觸處的輪廓形狀都發(fā)生有益的改變，可修正接觸應力分布，利于動力潤滑油膜的形成，提高疲勞壽命。

　　F.不同零件的硬度匹配關系，也能協(xié)調(diào)滾動接觸處的應力與應變傳遞狀態(tài)，對延長零件的疲勞壽命產(chǎn)生明顯效果。

　　滾動軸承的抗疲勞制造

　　抗疲勞制造技術涉及到材料、設計、制造及應用的各個方面，下面就從這四個方面來探討滾動軸承的抗疲勞制造技術。

　　A.滾動軸承用鋼的抗疲勞性能

　　由于軸承使用工況條件的千變?nèi)f化，尤其是一些特殊使用環(huán)境，必須使用不同的材料來滿足這些應用。目前的軸承材料品種還不能適應這種使用需求，發(fā)展耐疲勞的新軸承鋼種，就成了滾動軸承抗疲勞制造的一個重大課題。

　　即使是在用的軸承鋼種，其耐疲勞性能與國際先進水平比較也還有較大差距。一是鋼的純凈度問題，許多應該控制的金屬元素、非金屬元素尚未列入標準進行控制，即使已列入控制標準也還存在一個達標率的問題；二是均勻性與穩(wěn)定性問題仍然突出，夾雜物總量受控了，但分布不均勻，常因“聚集’’產(chǎn)生隱患還不易被剔除，而且不同鋼材企業(yè)之間也不平衡，不同批次、不同爐號、不同規(guī)格的材料偏差較大，這種質(zhì)量、品質(zhì)的不穩(wěn)定，導致軸承產(chǎn)品在試驗和使用過程中發(fā)生早期疲勞的概率大大增加，由此影響到軸承總體壽命偏低。

　　盡管軸承鋼材的性能可以通過熱處理或其他抗疲勞制造工藝獲得改善，但雜質(zhì)的存在（超標或聚集）影響后處理的效果。隨著主機對軸承可靠性指標的大幅提高，很多領域關乎生命財產(chǎn)安全，更何況軸承行業(yè)的熱處理技術水平還遠不能適應抗疲勞制造的要求。

　　我們不能滿足于中低端領域的制造水平，軸承強國的一個重要標志就是要在高端應用領域占有一定市場，在發(fā)展新的軸承鋼種，試驗研究新的材料處理工藝，開發(fā)數(shù)字化熱處理系統(tǒng)與裝備，正在形成滾動軸承抗疲勞制造技術在材料工程領域創(chuàng)新發(fā)展的空間和機遇。

　　B.抗疲勞設計的若干思考

　　目前滾動軸承的設計基本上是擬靜態(tài)力學原理基礎上的優(yōu)化，而抗疲勞制造的設計需在擬動態(tài)力學原理基礎上優(yōu)化，由于軸承結構優(yōu)化是一個多參數(shù)的優(yōu)化問題，再考慮實際應用條件，因而使抗疲勞設計的優(yōu)化過程變得更為復雜和困難。

　　設計方面還應關注的一個重要問題是應力集中，特別是線接觸的滾子軸承，其接觸應力沿接觸線分布在滾子兩端形成嚴重的邊緣應力集中。目前，國內(nèi)外軸承企業(yè)都采用“凸度”技術來減輕其程度，即將滾子滾動面、內(nèi)、外套圈滾道面的的素線設計成”對數(shù)曲線”形狀，使線接觸區(qū)域的應力分布趨于均勻，從而大大減少了滾予軸承使用中在滾子兩端發(fā)生的早期疲勞，延長了使用壽命。實踐與使用都表明，這是一個十分有效的設計改進。但”對數(shù)曲線”的制造技術也不完善，更未達到成熟程度，尤其是大批量生產(chǎn)時，如何保證“對數(shù)素線＂的形狀、位置、凸度量、精確地符合設計要求，保證同批零件的“對數(shù)素線”的技術指標基本一致，需要有高精度的執(zhí)行機械，數(shù)控系統(tǒng)和合理的數(shù)學模型作為前提條件，否則設計指標的實現(xiàn)將無從談起。

　　對零件結構的潤滑功能設計，是抗疲勞設計的重要環(huán)節(jié)。滾子軸承的高速性能不如球軸承，這是結構特征決定的，如何在結構上加以改進，提高滾子軸承的高速性能及高速下的疲勞壽命，一個有效的途徑就是對滾動軸承內(nèi)部相對運動的表面進行潤滑設計，如滾動面的EHD設計、凸緣工作面的EC設計。美國TIMKEN公司開發(fā)的TSMA軸承、TSMR軸承、Spring-Rib軸承（彈簧擋邊）、Hydra-Rib軸承（液力檔邊）等，其核心技術就是強化了圓錐滾子軸承內(nèi)圈大檔邊與滾子大端面之間的潤滑功能，這些成功案例為我們開展抗疲勞設計提供良好的示范。

　　C.通過制造過程實現(xiàn)和提高零件的抗疲勞能力

　　通過制造過程實現(xiàn)零件抗疲勞能力，一方面是在工藝實現(xiàn)和過程控制中落實抗疲勞預期，另一方面是采用和發(fā)展新的抗疲勞工藝技術（如熱處理表面改性處理，諸入低溫單滲、共滲、離子注入、激光、超聲沖擊工藝等），既不影響零件精度又能提高表面性能。這是滾動軸承抗疲勞制造的關鍵。

　　耐疲勞材料給我們提供了構件抗疲勞的基礎，需要制造過程的工藝加工來充分發(fā)揮材料的抗疲勞潛力：設計過程中以各種結構參數(shù)，質(zhì)量指標技術要求來預期零件的抗疲勞能力，需要制造過程的工藝加工來實施保證，沒有制造過程的工藝保障，材料與設計的抗疲勞預期就無法實現(xiàn)，甚至會落空。

　　工藝實現(xiàn)包括設備工裝、各種輔助技術過程，在實現(xiàn)零件設計圖樣的規(guī)定時，工藝實現(xiàn)必須確保技術要求的最佳狀態(tài)，比如對公差的集中度，同一批零件質(zhì)量指標的一致性和穩(wěn)定性。

　　過程控制既包括了工藝流程、工序步驟，還包括了過程質(zhì)量控制，尤其要強調(diào)過程控制中要使用SPC技術，控制圖技術，其中Cp、Cpk、Cmk、Ppk等統(tǒng)計參數(shù)是保障過程穩(wěn)定的基礎。

　　制造過程既是一個技術過程，也是一個管理過程。要對制造的全過程實施嚴格、科學的管理，從原材料開始，從毛坯件開始，直至零件進入裝配，成品出廠到用戶，隨主機使用到質(zhì)保期、到失效的全過程，都要按抗疲勞制造的要求提供管理服務。

　　D.應用服務

　　滾動軸承的應用服務，主要是技術性的服務。一般說來，主機企業(yè)對軸承的技術認識不如軸承企業(yè)專業(yè)，也不會全面。我們制造了高抗疲勞能力的軸承產(chǎn)品，更希望用戶在實際應用中能充分利用軸承的高抗疲勞能力。用戶對主機軸承的選型設計，安裝調(diào)試過程，對軸承的正確維護、保養(yǎng)，都需要軸承企業(yè)的專業(yè)指導；主機企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新與發(fā)展更需要供需雙方技術人員共同探索、研討、開發(fā)，以取得高質(zhì)量的成果；同時，用戶在使用軸承過程中發(fā)現(xiàn)的問題，包括軸承制造缺陷，或非正常意外發(fā)生的故障，也需要軸承專業(yè)技術人員的共同分析，以求得持續(xù)改進與提高。

　　總結

　　抗疲勞制造技術是機械制造業(yè)的重大技術方向，也是滾動軸承制造技術發(fā)展的重要方向。滾動軸承抗疲勞制造技術的推廣、應用與發(fā)展要綜合考慮材料、設計、制造、服務四個方面，把握以下重點：

　　1.以純凈、勻質(zhì)為目標的耐疲勞材料技術；

　　2.毛坯成型工藝方法及工藝要素（溫度、速度、加熱、冷卻、變形、時間）的優(yōu)化：

　　3.表面改性技術對抗疲勞有特別重要的意義。工作表面的均勻硬化、殘余壓應力、合理的表面理化性質(zhì)將提高耐疲勞強度；

　　4.制造過程要確保設計技術要求的最佳狀態(tài)；

　　潤滑功能設計、潤滑劑的類型、品質(zhì)，供給量及力學穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性對滾動軸承抗疲勞性能和壽命有重要影響。