深沟球轴承国内外质量对比分析研究

本次国内外轴承质量对比分析，是继七八十年代后进行的又一次对国产轴承质量进行考核，并对国产轴承与国外大公司轴承质量进行的全方位的对比分析研究工作。

　　国内外轴承质量对比分析，我所进行过多次，产品类型包括了深沟球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等，通过产品质量的国内外对比以及各年代的产品质量的纵向对比，对整个轴承行业产品质量的提高起到了积极的推动作用，对我国轴承产品优化设计、产品类型向化高水平靠近，都起到了一定的作用。国外大公司在每一次新产品定型后都要进行例行的动、静性能分析和寿命可靠性试验，以考核其产品质量，确定定型产品的工艺规范。我国轴承生产企业由于各方面原因进行此项研究工作较少，我所结合国家下达的课题进行过多次较全面的国内轴承质量分析以及和国外轴承质量的对比，九十年代以来随着计划经济向市场经济的转变，国家对基础性课题投资较少，我们归口行业研究所理应担当起振兴行业质量、赶超国外先进水平的重任，我们联合了行业几家企业进行此次深沟球轴承国内外质量对比分析研究工作。

　　通过对现阶段深沟球轴承产品质量的国内外对比分析，找出了国内外轴承在结构精度、动性能、原材料、热处理质量、寿命可靠性等方面的差距，提出了提高国产轴承产品质量的具体措施，促进了国产轴承产品质量的提高。

　　本次深沟球轴承国内外质量对比选择国内外有代表性的厂家，有代表性的轴承产品进行全面的检测试验分析研究，以实际检测试验数据为依据，客观地分析了差距与不足，并通过与八十年代深沟球轴承质量的纵向对比，进一步阐述了国产轴承在成品精度、振动以及寿命可靠性方面提高的原因。同时也客观地分析了在振动上与国外差距缩小，寿命与国外存在较大差距的原因。

　　轴承的振动、噪声和寿命受许多因素的影响。这些因素又往往是错综复杂的，相互交织在一起互相影响，往往是一种因素掩盖另一种因素，以不同的方式出现。本课题由于受检测、试验条件、方法、内容等的限制，对某些因素没有能够做深入的试验研究和分析，只能对某些共有的、特殊的、影响较大的因数做出一些分析研究。由于各厂的工艺装备、技术水平各不相同，加上我们的水平限制，某些分析可能不够全面，请大家指正。

　　1.寿命可靠性试验

　　本次国内外轴承质量对比分析，根据各企业的轴承产品选择了4个代表型号，6208、6304、6307、6311，国外轴承选择了SKF、NSK公司的同型号轴承。共4型号九组轴承。

　　寿命可靠性对比试验，轴承基本参数统一参照行业轴承样本选择，试验方案按照行业标准JB/T50013制定。选油循环润滑，当量载荷P选基本额定动载荷Cr的20~30%，试验转数n选极限转数nL的50~60%，基本额定寿命L10 = 。同一型号轴承，在相同的试验条件下进行对比试验，试验数据具有可比性。寿命可靠性对比试验条件见表1.1。

　　四型号九组轴承历经近二年时间试验结束。试验数据采用两参数韦布尔（Weibull）分布函数F(t)= 进行处理，ß为韦布尔分布斜率或称形状参数，表征轴承寿命的离散程度或轴承寿命质量的稳定性，v是韦布尔分布特征寿命或称尺度参数，是当F(t)=0.632时的轴承寿命，通过数据处理确定分布的两个参数ß、v，近而确定其它参数L_10t、 L_50t、Re。试验数据处理结果见表1.2。各型号轴承失效零件统计见表1.3。分国内外统计失效零件见表1.4。

　　失效轴承：国外轴承总失效率较低，但低于基本额定寿命L10失效率国内国外大体相当，低于5L10失效率还是国外较低。

　　失效零件：外圈失效比率国外较高，内圈失效比率国内较高，钢球失效仅限国内轴承，保持架失效比率大体相当。 

　　国内外轴承寿命可靠性总体来讲，国外可靠性优于国内，四型号中有三型号国外寿命比国内高，但也有一型号国内寿命优于国外。失效轴承国内较多，其中多为内圈和钢球失效，而国外轴承失效相对较少，多为外圈和内圈失效，无钢球失效，说明国外轴承钢球质量较好。

　　2.原材料分析

　　⑴化学成分

　　国内外轴承套圈、钢球均为高碳铬轴承钢，化学成分基本相同，保持架均采用低碳素钢。

　　 ⑵非金属夹杂物、碳化物不均匀性

　　国外轴承零件非金属夹杂物中硫化物较多，氧化物和点状不变形夹杂物较少；国内轴承零件点状不变形夹杂物及氧化物较明显，独点Z大达4×4㎜2，还有复合夹杂物。国内外轴承零件均有氮化物存在，但国内氮化物夹杂相应多，且有的连成串。

　　国内外轴承碳化物不均匀性大致相同。国内轴承碳化物颗粒带上的碳化物颗粒偏大，有的碳化物呈连续片状、有的甚至形成封闭的细网。

　　 ⑶流线分析 

　　国外轴承外圈均为塔形套料碾扩成形，内圈为塔形套料成形、车沟；国内轴承内圈都为塔形套料成形、车沟，外圈有塔形套料碾扩成形，也有塔形套料成形、车沟。

　　国外钢球两极均匀对称，极区面积小，环带细而浅，环带处流线头小，锥鼓形球；国内钢球两极大，个别形状极不规则，疏松较深，环带宽，环带处流线变形较大，流线头多，属球形球。

　　国内轴承原材料致密度不及国外。

　　此次国内外轴承质量对比分析试验中，内圈疲劳比率Z大，根据原材料的检验分析，造成内圈失效的原因，主要与内圈的成型工艺有关，内圈大部分为锻造后车沟，非金属夹杂物及碳化物在锻制过程中被辗成沿锻制流线方向分布，在此方向往往存在碳化物富集区，碳化物颗粒粗大，有的甚至断断续续出现大块碳化物（即液析）和碳化物网状，同时非金属夹杂物沿此方向分布，易使以上缺陷暴露于滚道表面，破坏了滚道表面金属的连续性，使材料的机械性能下降，使用时易产生表面剥落，从而降低轴承的使用寿命。

　　3.热处理质量分析

　　（1）硬度 

　　国外轴承批硬度离散性相应较小；国内轴承离散性较大且硬度偏高，国内轴承钢球硬度普遍偏高。

　　（2）回火稳定性 

　　套圈抗回火稳定性国外优于国内。在相同的回火温度下国外钢球硬度下降快，这可能与钢球表面强化工艺有关。

　　（3）淬回火组织 

　　国内外轴承热处理工艺相似，淬回火组织均为JB/T1255-2001标准第二级别图中2～4级组织。由于受原材料带状不均匀性的影响，带间淬回火组织明显较碳化物带上粗。

　　（4）碳化物颗粒度 

　　国内外轴承碳化物颗粒大小在0.2～0.6μm范围内所占比率Z大。国外轴承碳化物颗粒较小，较均匀；国内轴承碳化物颗粒较多，均匀性稍差，颗粒大小差别较大。

　　（5）晶粒度 

　　晶粒度大小基本相近，套圈在8～10级，钢球在10级左右。内圈普遍受带状不均匀性影响，带上和带间晶粒度有明显区别，相应碳化物带间晶粒度大于带上晶粒度。

　　国内外轴承内圈晶粒度较外圈粗；国内轴承晶粒受带状不均匀性影响较国外明显。钢球受冷镦挤压变形的影响，极区晶粒度偏大，淬回火组织偏粗。

　　（6）尺寸稳定性 

　　国内外轴承外圈尺寸变化量均比内圈尺寸变化量大，国外轴承尺寸波动较国内大。

　　（7）表面残余应力 

　　国外轴承零件表面残余压应力比国内轴承高，国内有的轴承零件表面残余压应力低，甚至出现拉应力。研究表明残余压应力场的存在均对接触疲劳寿命的提高有利。

　　（8）残余奥氏体 

　　国外轴承套圈残余奥氏体含量较国内高，基本在10%左右；而国内仅有一家轴承零件在10%左右，其他厂家套圈残余奥氏体较国外低。钢球残余奥氏体基本在10%以上，Z高达到13.6%。国外有两型号，残余奥氏体在5%左右。

　　（9）钢球压碎负荷 

　　国外钢球的压碎负荷值较高，一般是国内钢球的1~2倍。

　　4.轴承表面质量

　　（1）零件外观质量 

　　国外轴承套圈滚道磨削纹路均匀，个别套圈有少量擦伤，表面质量较好；国内轴承滚道磨削纹路均匀性差，纹路较粗，个别磨痕较深，滚道表面有坑、擦伤、划道等缺陷，表面质量相对较差。

　　国外钢球表面划条、擦伤少而浅。几乎无群点、凹坑，其表面有许多极短的划条，在显微镜下观察，有绒乎乎感觉；而国内钢球表面发亮，划条、擦伤、群点多且深，有的钢球表面甚至有凹坑、啃伤等现象。由于大部分钢球是经过振动和成品测试后拆套下来的，从钢球表面质量来分析，国内钢球表面抗划伤能力较国外差。

　　（2）冷酸洗检查 

　　国外轴承均未发现异常；国内轴承滚道表面的磨削烧伤现象则较为普遍。

　　（3）钢球表面硬化层 

　　国外钢球表面显微硬度下降较国内钢球的表面硬度下降稍微缓慢，硬化层深度较国内深。

　　5.轴承成品、零件测试

　　（1）国内外轴承成品所有项目均100%达到P0级。

　　（2）尺寸精度国内外轴承差别不大，只是国内轴承数据较为离散。

　　（3）振动加速度 

　　国外轴承较国内轴承平均低1~3dB，国外轴承100%达到Z3组，而国内轴承只是100%达到Z2组。

　　（4）振动速度 

　　国内轴承较国外轴承数据离散。有些型号国内外轴承振动值相当，但有些型号国内轴承振动与国外轴承相差不少。

　　（5）套圈沟道精度测试 

　　粗糙度：国外轴承优于国内轴承，国外轴承粗糙度大都小于0.03μm，而国内轴承大都大于0.03μm。 

　　波纹度：国外轴承优于国内轴承，国外轴承波纹度大都在0.2~0.4μm，而国内轴承大都在0.4~0.7μm。

　　（6）套圈圆度、波纹度测试 

　　国内外轴承圆度、波纹度基本相当，但有些轴承零件相差较大，这可能是因为有些零件是整套轴承拆套后的零件，拆套中可能产生一些微变形。

　　（7）钢球精度测试 

　　国内外钢球圆度、波纹度基本相当，粗糙度也基本相当。

　　6.轴承结构

　　（1）球径和球数：国内外轴承相同。

　　（2）钢球中心圆直径 

　　基本符合优化设计图册，各组轴承之间相差不超过0.5mm，每组轴承离散性相当。

　　（3）沟曲率半径 

　　外圈沟曲率半径：同型号国外轴承的沟曲率半径大于国内轴承。 

　　内圈沟曲率半径：同型号国内轴承的沟曲率半径大于国外轴承。 

　　也就是说，国内轴承内外圈沟曲率半径差较小，相比较国外轴承的外圈沟曲率半径扩大而内圈沟曲率半径则减小。有些国内轴承的内外圈沟曲率半径基本相同。

　　（4）挡边系数 

　　国内外轴承挡边系数为0.35~0.4，多集中在0.4左右。 

　　综上所述，从轴承的寿命可靠性、原材料质量、热处理质量、轴承表面质量、轴承成品及零件、轴承结构等方面进行了一些分析研究，国内外轴承质量差别多集中在原材料质量、零件成型工艺、振动、寿命可靠性等方面。提高原材料质量，减少材料的夹杂物，采用套圈辗扩工艺和锥鼓形球，改善轴承零件表面质量，降低振动，可大大提高轴承的寿命可靠性。

表1.1寿命可靠性对比试验条件表

表1.2 试验数据处理结果

表1.3 　各型号轴承失效零件统计


表1.4 国内外统计失效零件