第1章 绪论
轴承是核心基础零部件，被称为“高端装备的关节”。轴承工业是国家基础战略性产业，对国民经济发展和国防建设起着重要的支撑作用。新中国成立以来，特别是改革开放以来，我国轴承工业已形成独立完整的工业体系。目前我国已成为轴承销售额和产量居世界第三的轴承生产大国，但是距轴承强国还存在较大差距，尤其是在轴承钢、轴承专用装备以及滚子加工技术上存在的差距更加明显。2018年《科技日报》报道制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术，就包括高端轴承钢和掘进机主轴承。2020年国家新材料产业发展战略咨询委员会盘点我国严重依赖进口的20项产品，就包括高端轴承和高端数控机床，而后者离不开高端精密轴承。因此，突破轴承制造整个产业链从轴承材料的生产、轴承设计到轴承零件的制造，直至成品装配整个过程中的关键共性技术成为我国轴承工业基础研究的重要目标之一。而轴承零件的热处理是其中非常关键的共性技术之一。
随着机械工业不断发展，对主机的要求越来越高，轴承的服役工况越来越苛刻，同时对轴承高质量、长寿命和高可靠性要求也越来越高，如高承载能力、低噪声、低摩擦、耐高温、耐高速、轻量及单元化等。与之对应，需要不断提高轴承钢材料性能，如纯净度、均质性等，且要开发新的热处理技术及装备，以满足越来越苛刻的轴承性能要求。
1）长寿命。延长寿命是轴承追求的永恒主题。滚动轴承服役情况越来越苛刻，要求轴承具有更高的承载能力和更长的疲劳寿命，如轴承额定动载荷计算公式中的系数bm，深沟球轴承在原来1.3的基础上又提高了15%；SKF铁路轴箱轴承大修周期由10×105km提高到了14×105km；盾构机主轴轴承无故障服役寿命要求10000h或10km；风电轴承服役寿命要求20年；汽车轴承轮毂、变速器等关键部位轴承设计寿命要求10×105km甚至12×105km。寿命的显著提高需要提高轴承材料的纯净度和均质性，并增加适宜的合金成分，从而提高基体强度以及改进热处理工艺，以期得到理想的组织和性能。
2）低噪声和低摩擦。低噪声轴承如舍弗勒C型深沟球轴承，摩擦力矩降低35%，噪声减低50%；NSK的GR系列轴承具有低能耗、静音的特点，摩擦力矩减小了40%～50%，适用于空调、吸尘器等高效电动机。低摩擦是轴承实现节能降耗的主要手段之一，而实现低摩擦除了对滚动轴承结构进行优化，同时需要降低润滑剂用量及黏度，进而降低滚动黏滞阻力和搅拌阻力，实现微量润滑或边界润滑。这就要求滚动轴承零件的接触部位应具有较高耐磨性，以抵抗磨损及表面起源型接触疲劳。如SKF推出的E2深沟球轴承摩擦损耗降低了30%以上，开发的X-Tracker低摩擦汽车轮毂轴承摩擦力矩降低了25%等。
3）高低温及高速性能。随着主机应用环境和工况越来越复杂，滚动轴承转速越来越高和工作温度呈两极化发展，如机床主轴轴承、新能源汽车轴承，轴承工作温度高于150℃，dm·n值高达4×106mm·r/min。航空发动机主轴轴承需要承受350℃高温，需采用高温轴承钢（GCr4Mo4V和G13Cr4Mo4Ni4V，对应美国牌号M50和M50NiL）等，并采用相应的碳氮共渗技术实现耐磨、耐热等。现在通用轴承耐受低温极限要求已达-55℃，此时部分轴承材料会出现低温脆性，即“冷脆”风险。转速提高主要通过减小滚动体离心力、采用特殊材料或结构的保持架、改进润滑或冷却条件等来实现。
4）轻量及单元化。轻量化是现代设计目标函数中的一个核心指标，尤其对于航空航天飞行器，已按“克”进行计量。对汽车而言，轻量化也是关键技术之一，如NTN开发的微型汽车用超轻轮毂轴承单元，仅重1.0kg，为“世界最轻”的汽车轮毂轴承单元；SKF轻型轮毂轴承单元总质量降低约30%。单元化在轮毂轴承单元应用非常明显，已发展出第1、2、3代汽车轮毂轴承单元，目前正在发展第4、5、6代汽车轮毂轴承单元。另外，铁路轴箱轴承单元、机床主轴轴承单元、风电主轴双列圆锥滚子轴承单元等也得到了迅速发展。
5）耐异常白色组织疲劳剥落。白色组织剥落是继“内部起源型为主”和“表面起源型为主”轴承疲劳机理后的第三种疲劳机理，已获广泛共识。其剥落寿命约为正常寿命的1/10。如：舍弗勒风电增速器中高速轴承采用发黑处理，不仅减轻了高速轻载打滑损伤，且有效防止了白色组织裂纹产生；NSK自主研发的AWS-TF钢，耐白色组织剥落的疲劳寿命提高了7倍。