工业，动力传动行业资讯更多

工信部：上半年工业经济恢复向好，制造业高质量发展迈出坚实步伐

2023-07-20 10:34

中国轴承滚动体产业高质量发展会议在东阿县召开（附：山东东阿县轴承滚动体产业发展情况）

2023-07-20 10:34

天马轴承：“小轴承”转出“大动能” 聚力创新打造高端装备制造产业新引擎

2023-07-20 10:34

机械工业产品质量创新顶级赛事——“合力杯”第二届全国机械工业产品质量创新大赛正式启动（附通知）

2023-07-19 11:22

中汽协发布6月信息：市场需求逐步恢复，上半年累计实现较高增长

2023-07-13 15:52

《“专精特新·制造强国”调研行》系列报道：走访浙江杭州专精特新企业

2023-07-11 14:59

中信泰富特钢集团与舍弗勒集团签署TRUST协议，开启深度合作新篇章

2023-07-11 14:59

【峰会论文集】新能源乘用车变速箱轴承材料及热加工关键技术控制

来源：世展网分类：工业，动力传动行业资讯 2023-04-26 10:57 阅读：*****

收录于话题

#2022上海国际轴承峰会论文集

新能源乘用车变速箱轴承材料及

热加工关键技术控制

浙江五洲新春集团股份有限公司技术中心主任王明舟

【摘要】文章分析了新能源汽车性能与轴承性能的关系，比较了各种冶金质量轴承钢关键技术指标，分析了材料失效模式，提出了新能源变速箱汽车轴承选材原则，同时分析了热加工质量对新能源汽车轴承寿命影响，提出了性能源变速箱汽车轴承先进的热加工制造方式及对热加工质量的控制。

【关键词】变速箱轴承；冶金质量；特殊过程；近净成形；控形控性；表面改性技术；

新能源乘用车变速箱轴承包括深沟球轴承、角接触轴承、四点接触轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承^[1]。

新能源汽车轴承工作特性：高转速、高承载、低摩擦、低噪音、长寿命，为适应新能源汽车轴承工作特性，相对应轴承材料、热加工特性见表1^[1^，2]。

为提高新能源汽车变速箱轴承寿命，在轴承结构上除采用计算机仿真软件进行模拟设计，对轴承滚道进行低摩擦优化设计，微观修形，减少因应力集中而导致的早期失效；模拟轴承内部应力云图，计算最大接触应力、摩擦力矩及刚度、效率、预紧力等技术参数外，更需控制决定轴承寿命的关键因素：材料、热加工工艺。

一、材料质量控制

新能源变速箱汽车轴承为中小型轴承，使用的棒料直径一般小于80mm。从表1可以看出，随着轴承性能提高，需要更高的材料性能，因此对材料的冶金质量提出更高要求，见表2。

我国轴承常用材料为GCr15，按冶金质量分为优质轴承钢、高级优质轴承钢、特级优质轴承钢，超高洁净轴承钢^［3、4］，见表3。

对高碳滚动轴承钢棒材，其三大关键技术指标：

1、氧、钛含量及微量元素含量；

2、夹杂物级别；

3、碳化物均匀性级别包括网状、带状、液析级别

高碳铬GCr15轴承钢，按GB/T182254-2016、GB/T38885-2020标准，不同冶金质量，氧、钛含量及微量元素不同，见表4，夹杂物级别、碳化物均匀性见表5、表6。

从上述表中可以看出，冶金质量不同，材料关键指标有很大区别，在设计产品时需根据轴承工况，选择不同级别的轴承材料。新能源汽车轴承宜选择特级优质轴承钢或超高洁净轴承钢。高标轴承钢需对钢棒进行超声及涡流或漏磁探伤，按要求去除钢棒心部、表面的裂纹，提高轴承的可靠性。材料失效模式分析，因材料原因导致轴承失效模式见表7。

二、热加工质量控制

新能源汽车轴承热加工包括轴承锻造与热处理两个特殊过程。1、新能源汽车轴承锻造质量控制锻造的三大质量问题：过热、过烧；折叠、裂纹；混料^［5］。新能源变速箱汽车轴承的锻造多采用中频感应加热方式，为避免过热、过烧现象的发生，中频感应加热设备标准配：加热超温报警；三路自动分选；中频冷却水温、水压报警；温度实现闭环控制；温度测量采用红外线高温测量仪。折叠与裂纹涉及因素较多，折叠往往是毛刺压入导致，裂纹与过程温度控制有关；混料包括材质混料、炉批号混料、型号混料，与过程管理相关。锻造导致的质量问题见表8。

2、新能源汽车锻造先进工艺1）近净成形技术^［6］近净成形技术是将锻件与冷辗技术相结合，用于生产高端金属环形零件，是先进的毛坯制造技术，在常温下辗扩，它不仅尺寸精度高，节约原材料，节材率可达到15%～30%，而且产品内在质量高，滚道流线分布合理，晶粒细化见图1，轴承疲劳寿命提高见表9，世界领先的轴承制造商均已采用这一技术，同时冷辗技术也受到国内轴承企业的重点关注。

2）控形控性技术锻造自动化，减少人为误差，保证锻件质量一致性与稳定性。高速锻造：自动加热、自动剪切，机械手自动传递，自动成形，自动冲孔、分离，实现快速锻打，速度可达120次/min,适用于大批量中小轴承、汽车零部件的锻造多工位步进梁：采用热模锻设备，在同一台设备上完成压饼、成形、分离、冲孔等工序，工序之间传递采用步进梁，适用于中型轴承锻造，生产节拍10～15 次/min。机器人代替人：根据锻造工序，多台压机连线，压机之间产品传递采用机器人传递，适用于中大型轴承或齿坯锻造，生产节拍4～8次/min；机械手代替人：改造现有锻造连线，采用简易机械手代替人，操作简单，投资少，适用于小型企业自动化改造。3）控锻控冷技术^［7］双“细化”：精确的温度控制，防止锻件过热、过烧；细化晶粒；控制锻后冷却速度，防止出现网状（见图2），细化组织，提高轴承疲劳寿命。

4）保护气氛，余热利用技术近净成形工艺毛坯尺寸精密，加工留量少。高速锻造后，锻件退火必须在保护气氛下进行球化退火，降低脱贫碳层，高速锻造锻件，保护气氛下产品脱贫碳见图3、图4。

5）球化退火余热利用技术轴承钢650℃球化退火完成后，从650℃冷却至200℃出炉（见工艺曲线图5），通常情况下这部分热量被白白浪费，将这部分释放的热量用来加热刚进炉膛的室温冷料，从而达到节能目的（见图6），能耗达到150～160kw.h/吨,比传统退火节能达40%以上。

3、新能源汽车轴承先进热处理工艺根据新能源汽车工况：变速箱轴承需在高速、高承载、长寿命、低摩擦、低噪音下工作，同时轴承的工作环境比较恶劣，轴承在运行过程中，变速箱内存在很多的金属碎屑，会在轴承工作表面形成压痕，引起应力集中，成为疲劳源。故要求热处理后产品得到高硬度、高耐磨性，高强韧性配合的独特性能，尤其是工作表面。而硬度与韧性是一对矛盾，高硬度往往伴随高脆性，轴承设计时希望轴承工作面有一层坚硬、耐磨组织，提高裂纹萌生的门监值；同时又有高的韧性，提高裂纹扩展功，阻止裂纹扩展。奥氏体是面心立方结构，硬度低韧性高，是阻止裂纹扩展的理想组织，从而可以提高轴承的疲劳寿命，因此在表面获得高硬度、高耐磨性的同时，希望得到高的残余奥氏体组织，但表面残余奥氏体含量提高又会影响表面硬度，而且奥氏体是不稳定相，轴承工作时在外力、一定温度作用下，残奥会发生分解转变为马氏体。由于转变的马氏体没有回火，故会发生微裂纹的风险，同时残奥转变会使轴承尺寸发生变化，最终导致轴承失效，因此过高的残余奥氏体也是不利的，为此GB/T34891-2016标准中规定，常规回火残余奥氏体≤15%。但15%残余奥氏体不足以提高新能源变速箱轴承的疲劳寿命，表面需得到20%以上的残余奥氏体，才能起到残奥的有利作用，要求残余奥氏体必须稳定，又不能影响硬度，仍需保证高的耐磨性，这需要对轴承表面进行特殊热处理工艺----复合热处理表面改性技术。

结束语高碳铬滚动轴承钢制轴承套圈进行表面碳氮共渗复合热处理是一项先进的热处理技术，适用于恶劣工况下工作的轴承，同时也适用于节能减排小型化趋势下工作的轴承，可以显著提高轴承的疲劳寿命。

【参考文献】

1、《滚动轴承新能源汽车减速器用轴承轴承》标准会议交流资料；

2、中国轴承行业材料技术委员会第七届年会交流资料；

3、GB/T18254-2016《高碳铬轴承钢》；

4、GB/T《GB/T 38885-2020 超高洁净高碳铬轴承钢通用技术条件》；

5、《轴承套圈锻造》洛阳轴承研究所；

6、《一种轴承滚道流线控制近净成形工艺的制作方法》武汉理工大学专利号21009040;

7、郭浩等《控锻控冷工艺对GCr15轴承钢力学性能的影响》，《金属热处理》2020.第11期；

8、《高氮碳氮共渗》工艺控制和仪表2017.4；

9、赵兴新等《高碳轴承零件表面化学热处理工艺》重庆长江轴承工业有限公司，专利号200510057410.0

来源：上海国际轴承峰会论文集总审：牛辉责编：陶鹏

编辑：陈慧宁

更多论文集内容，请登录中国轴承行业网www.cbia.com.cn，‘综合论坛’栏目。

中国轴承行业网是由中国轴承工业协会创办的服务于中国轴承工商企业以及轴承用户为基础的专业性轴承门户网站，是目前国内轴承行业唯一的由中国轴承工业协会自筹资金开设的最具权威性的轴承门户网站。根据多年服务于轴承行业的经验，我们应广大用户的普遍要求开设了十余项用户最关心的栏目，主要包括：协会专栏、行业资讯、热点聚焦、展会信息、轴承查询、设备仪器、行业标准、技术论坛、管理论坛、统计信息、进出口信息、行业通讯、规划预测等，随着业务的不断开展，我们还准备继续开设新的服务栏目，届时请在网上查询。

协会专栏：主要介绍中国轴承工业协会的简介、组织机构、协会章程、主要领导成员、主要活动、会员单位、主要刊物、文件通知、主要会讯，以及协会最新的动态等；行业新闻：该栏目主要是每天发布轴承行业及轴承相关行业的最新动态，以及国家最新的产业动态和新出台的各项政策法规；产品目录：这个栏目您可以通过产品型号、企业简称等方式进行查询，使您能方便的查到所需要的企业。规划预测：该栏目主要内容包括行业规划、预测分析、技改经验以及产业政策，这些资料是企业制定未来发展计划，了解行业发展前景的重要参考。这个栏目是对网站的中高级别的网员开放的。质量检验：该栏目主要内容包括：检验公告、质量信息、法律法规、质量认证以及计量认证等内容；行业标准：该栏目主要内容包括标准目录、术语解释、基础知识、法律法规、标准公告等内容；统计信息：该栏目主要内容包括统计指标解释、历年统计资料、轴承年鉴、进出口统计、月报统计和在线报送月快报等内容。这个栏目是对网站的中高级别的网员开放的，其中月报报送单位可以直接在线报送月报和浏览月报详细信息。管理论坛和技术论坛：这两个栏目主要收录了行业中有代表性的管理和技术方面的获奖论文及相关资料。这个栏目是对网站的中高级别的网员开放的。行业通讯录：这个栏目收录了轴承行业两千多家企业的联系方式和主营产品，而且该栏目还在随时添加最新的企业资料。价格目录：这个栏目是与《中国轴承产品及格目录2006版》同步推出的在线价格目录，我们根据企业反馈随时进行更新，方便网员单位及时掌握行业最新的价格动向。打假专栏：这个栏目是为了配合中国轴承工业协会打假工作进一步开展而开设的。该栏目介绍了中国轴承工业协会打假工作委员会的组织机构及人员名单；还设立了打假工作条例、打假新闻；还介绍了假冒轴承的危害、如何识别假冒轴承、如何购买到放心的轴承产品以及一些知名品牌的代理商。名牌专栏：名牌专栏是为了配合中国轴承工业协会培育中国轴承名牌产品，努力提高我国轴承产品国际市场竞争能力的工作任务而设立的。内容包括了名牌推进委员会的组织机构、工作条例、名牌新闻以及国家和各省市级名牌企业的介绍。