采用强旋轧技术生产的成品。西北工业大学供图
原标题:钢中之王轴承钢技术难题取得重大突破
本报讯(贾苏 傅怡 中青报)·中青网记者 孙海华)记者近日从西北理工大学获悉,刘东教授及其团队研发的强旋轧技术(PTR)在我国相关产业发展中取得重大突破。
从汽车、高铁、飞机到仪器仪表、机械设备,几乎所有旋转机械都能找到一个共同的核心部件——轴承。制造轴承所需的材料——轴承钢被称为钢之王,因为它直接关系到轴承的使用寿命和可靠性。
轴承的工作环境严峻而复杂,不仅需要高速稳定的旋转,还需要强烈的挤压、摩擦甚至超高温。刘东教授告诉记者,因此,轴承钢的质量和可靠性有非常严格的要求。
如何提高轴承钢的质量?刘东教授介绍,一是内部足够纯净,混合物越少越好;二是足够均匀,材料中的颗粒尽可能小,分散。但遗憾的是,长期以来,我国轴承钢的质量与国际先进水平存在较大差距。以夹杂物为例,国外产品的夹杂物尺寸完全小于或等于10微米,国内最大粒径达到50-52微米,大小相差5倍。
许多企业不得不花高价进口,因为他们无法从国内制造商那里找到满足高质量需求的轴承钢。这意味着我们需要从国外购买每套产品的轴承。
作为一个钢铁大国,中国如何成为一个钢铁大国?经过中国科研人员几十年的努力,轴承钢中的氧含量、杂物等技术问题得到了有效解决。刘东教授及其团队也克服了业内最后一个老大难问题——碳化物。
由于轴承钢是一种高碳钢,所有钢中的碳含量都很高。如果碳化物分布不均匀,且呈大块,则会严重影响质量。刘东教授举了一个例子:就像在揉面时撒一把盐一样。如果面团不均匀地揉捏,脸上就会有咸而硬的肿块。刘东教授的团队追求的目标是让盐在脸上更小、更均匀地分布。
以揉面为例,揉捏变形越大,揉捏越均匀,揉捏的关键是如何‘揉捏’。刘东教授的团队创新地提出了强旋转轧制技术——该技术是在揉捏时,使表面的三个方向变形,变形值非常大,可以说揉捏表面是透明和强大的。”
听起来简单的逻辑包含了刘东教授团队不懈的探索。经过不断的研究和测试,团队终于突破了技术瓶颈,开发了三项世界第一技术,申请了66项发明专利。强旋转轧制技术就是其中之一。
据刘东教授介绍,中国轴承行业已形成近2000亿元的销售规模,年销售额为12%-15%的速度增长,但生产的轴承主要是中低端轴承和中小型轴承。其中,汽车轴承约占40%。轴承钢中的夹杂物和碳化物质量控制水平较低,严重影响了国产汽车轴承的使用寿命和可靠性。强旋轧技术的出现可能会有效改变这种情况。
实验室数据显示,采用强旋轧技术,晶粒尺寸从50微米细化为10微米,碳化物尺寸仅为原来的1/10。轴承钢硬度同时大大提高,处于世界顶级水平。此外,轴承的使用寿命和可靠性也大大提高。该技术还可以显著提高材料利用率,大大缩短生产过程。