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【领先技术】材料的世界

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铁姆肯公司

  说起炫酷的前沿科技,《复仇者联盟3》中钢铁侠的最新款Mark 50纳米战甲令人印象深刻。不仅有超强的修复能力,还能变化出多样的功能。虽然这是一部科幻电影,但也将材料科学所能企及的边界进行了大胆而又合理的畅想。


Mark 50血边战甲


钢铁侠战甲的酷炫穿法

  现实世界中,在科技不断发展的今天,材料作为一切应用发展的基础决定着一个文明的层次与高度。而对于基础材料的研究深度也决定着我们的未来。

  作为重要机械部件,轴承可以说是体现工业领域材料应用的代表之一。伴随着材料科学的发展,轴承得以用更小的体积来传递更大的功率,实现越来越大的功率密度。铁姆肯公司作为全球轴承行业的领先者,其成功的奥秘之一可以说源自对材料学的不懈研究。经过了近120年的历程,铁姆肯公司更能把握材料对于轴承乃至传动系统的影响的准确性。从这一点似乎更容易理解为什么TIMKEN轴承历久弥新,性能优异。

轴承材料与性能的关系

  轴承应用的位置作为设备运转的关键,对轴承性能提出了极高要求。根据应用条件选取适合的材料是确保轴承性能的关键。例如高温应用、超低温应用、高冲击载荷应用、多杂质环境应用、高转速应用、腐蚀气氛等恶劣的使用环境,我们必须根据不同的应用需求来使用恰当的材料和热处理工艺。

轴承钢材

  随着科技的发展,应用于轴承的材料日趋多样化,但对钢材的选用和加工仍然是决定轴承整体表现最重要的因素。

  1、钢材的纯净度

  我们所计算的轴承寿命都是基于轴承发生疲劳剥落的寿命,而轴承钢的纯净度则对疲劳剥落有着直接的影响。这是因为,轴承的钢材无法做到100%的纯净,必然会存在一些非金属夹杂物,在轴承的承载旋转过程中,夹杂物周围会产生应力集中,久而久之,应力集中处会产生裂纹,当裂纹发展到滚道面上时,轴承就会产生疲劳剥落。


夹杂物引起的裂纹源到疲劳剥落过程演示

  上图所示为夹杂物引起裂纹源并最终导致疲劳剥落的演变过程,可见纯净度对轴承的疲劳寿命有着决定性的影响。而材料的纯净度与钢材的化学成分、熔炼方式、热加工工艺等有着密切的联系。如果非金属夹杂过多或尺寸过大,就会导致材料很容易出现疲劳裂纹源,随着轴承的进一步使用,裂纹不断扩展并最终剥落。


夹杂物与轴承疲劳寿命的关系

  随着对材料研究的深入,轴承的寿命实现了质的提升。在铁姆肯公司,我们遵照严格的材料控制标准(GMQ)与和质量管理系统(TQMS),确保轴承材料的纯净度与质量,使我们的轴承能够利用最合适的材料,最大限度的发挥材料的性能。

  2、材料的热处理

  目前市面上的轴承热处理工艺主要包括低碳钢渗碳和高碳钢淬透。热处理的最终的目的都是为了得到疲劳寿命更长、几何结构稳定性更高且表面硬度满足使用要求的轴承材料。组织的均匀性与晶粒大小对材料的性能有着至关重要的影响。

  作为圆锥滚子轴承的权威,铁姆肯公司对于多种热处理工艺均有着深入的研究与应用。通过对热处理工艺的成熟把控,使得应用在轴承中的材料热处理组织更均匀、晶粒控制更细化,得到物理性能更好的轴承材料。对于一般应用条件,我们使用全淬透处理的钢材作为轴承材料,但是如果在冲击载荷较大或运行环境杂质较多的情况下,我们选择渗碳钢,这样能保证轴承具备较好的抗冲击性,同时能抑制由于杂质而引起的轴承损伤。根据不同的使用工况,选择最合适的轴承材料才是体现轴承技术的关键。

轴承材料多样化

  除了钢材以外,轴承不同部件还可以选择多种不同的材料。如何让这些各具特色的材料助力轴承展现良好性能,也是我们应该考虑的问题。例如:轴承的内圈、外圈可选取多种类型的金属材料;滚子可选金属材料或陶瓷材料;保持架则可选金属材料、聚合物材料等;密封可选金属材料、聚合物高分子材料等。轴承虽然是一类标准件,但其内部的组成的多样性却是丰富多彩的。




常见轴承部件的材料运用


陶瓷球


黄铜保持架


钢保持架

  万物变化缤纷,材料的世界精彩万分。愿这些裹含着无数活跃分子的材料继续为人类技术的进步保驾护航。如想进一步了解轴承材料的相关信息,可联系铁姆肯公司工程师。