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热处理是在固态下将金属或合金加热到一定温度，保温一定时间，然后以一定速度冷却，即通过加热速度、保温温度、保温时间和冷却速度四个基本要素的有机配合，使金属或合金内部组织结构发生转变，进而获得一定性能的热加工工艺方法。热处理在先进制造业中的作用可以概括为四两拨千斤，成本只占百分之几，附加值提高几倍至几十倍。国际上知名企业常以热处理技术作为竞争力核心指标要素。
高碳铬轴承钢制轴承零件最终热处理通常采用常规马氏体淬回火。20世纪70年代末到80年代初，洛阳轴承研究所先后对GCr15热处理工艺参数、淬回火组织对疲劳性能的影响、硬度对疲劳性能的影响等开展了研究，分析了不同淬火温度和保温时间及不同回火温度和时间对显微组织、马氏体形态和亚结构、晶粒度、残留奥氏体含量、马氏体中碳含量、硬度、抗弯强度、压碎载荷、冲击韧度、耐磨性、接触疲劳寿命的影响，残留奥氏体对轴承零件尺寸稳定性和力学性能的影响等，摸清了马氏体淬回火工艺参数对组织、性能的影响，为高碳铬轴承钢热处理工艺的制定、性能的控制、热处理标准的制定和修订等提供了坚实的理论基础，稳定和提高了热处理产品质量，提升了行业的热处理技术水平。
在淬火变形方面，主要针对减小淬火后组织变形和提高硬度均匀性方面进行了大量研究。如高压气淬技术，可明显减小淬火变形，且节能环保。连续式盐浴淬火技术通过调节盐浴含水量，可控制冷速，适用于不同的零件尺寸，保证最小的淬火变形及最大的硬度均匀性。
冷处理是热处理基础上发展起来的一种补充热处理手段，其通过进一步促使残留奥氏体转变为马氏体，提高零件的硬度、耐磨性，并保证轴承尺寸稳定性。所谓尺寸稳定性是指零件加工完毕后，在工作环境下不受外力作用或在低于弹性极限的应力作用下抵抗永久变形的能力以及在加工过程中保持尺寸不变的能力。一般零件尺寸变化受相的不稳定性和加工过程中残余内应力的松弛的影响较大。早在100年前，瑞士钟表制造商发现把钟表的关键零件埋到寒冷的阿尔卑斯山中，可以有效提高零件的使用寿命和精度。但限于当时的技术条件，未深究其机理。20世纪50年代，国外开展了冷处理与热处理结合的方法对尺寸稳定性影响的研究，发现残留奥氏体属于亚稳定相，其转变为马氏体会产生体积变化，从而导致尺寸不稳定。20世纪80年代，路易斯安那大学对工具钢开展了深冷处理研究，发现深冷处理后耐磨性明显提升。对于高碳铬轴承钢制零件，其耐磨性提高主要有三个原因：一是在深冷处理过程中，残留奥氏体向马氏体转变，在磨损过程中向碳化物提供强大的支撑并抑制其脱落，阻止大的麻点形成；二是深冷处理产生的细小碳化物析出并均匀分布，也是耐磨性提高的原因；三是深冷处理提高了马氏体的转变率，使合金基体组织细化，从而达到细晶强化效果，有助于耐磨性的提高。
20世纪50年代，国外开始开展GCr15轴承钢的贝氏体等温淬火研究，如FAG、SKF等将等温淬火工艺应用于铁路、汽车、轧机、起重机、钻具等耐冲击和润滑不良的轴承。国内在20世纪70年代开始对高碳铬轴承钢的等温贝氏体淬火进行了研究，到80年代开始应用在铁路货车轴承及轧机轴承上。20世纪90年代初，等温贝氏体淬火工艺在轧机轴承和高速铁路轴承生产上的应用得到迅速推广，同时开发了适合于贝氏体淬火的钢种GCr18Mo。
高碳铬轴承钢下贝氏体组织和相同温度回火的马氏体组织相比，具有更高的冲击性能、断裂韧度、耐磨性及尺寸稳定性，零件表面呈现压应力；在润滑不良条件下，全下贝氏体组织的接触疲劳寿命比低温回火的马氏体组织高得多。近年来新发现的纳米贝氏体组织，也称为硬贝氏体组织、低温贝氏体或超级贝氏体组织，一般具有比常规下贝氏体组织更高的韧性和相当的表面残余压应力，以及更加优异的耐磨性和接触疲劳性能。但是纳米贝氏体淬火技术也存在等温时间过长的问题和服役过程中残留奥氏体的转变及其引发的尺寸稳定性问题，对于这些有待进一步研究。
高碳铬轴承钢的碳氮共渗处理是在添加了5%～15%丙烷和丁烷的渗碳气氛中加入含氮介质（如氨气），将碳和氮同时渗入轴承钢制零件中的处理技术。由于在零件表层扩散的氮元素会使奥氏体变得稳定，因此淬火后残留奥氏体含量增多，而且通过氮元素的固溶作用提高了抗回火软化性，提高了滚动疲劳寿命。
1981年，洛阳轴承研究所开展了轴承钢的碳氮共渗工艺研究，将轴承零件置于碳、氮气氛中，在810～840℃温度中加热保温2～8h后淬火，从而获得化合物层、固溶层（含氮马氏体）、过渡层的碳氮共渗组织，在距离表面0.2～0.4mm处获得300MPa残余压应力。对该工艺机床轴承进行试验，发现寿命得到了明显提高。但因各种原因该工艺没有推广应用。进入21世纪后，对轴承寿命和可靠性提出了更高的要求，国外推出“特殊热处理”，利用碳氮共渗淬火后在表层保留大量的残留奥氏体（约30%），并形成较多的细小、弥散的碳氮化物，大幅度提高轴承在污染润滑环境下的接触疲劳寿命。国内轴承企业也开始积极推广应用这一技术，尤其是在汽车变速器轴承方面，已成为标准的热处理工艺。
轴承失效主要发生在零件的接触表面上，因此改进接触表面性能可显著提高轴承寿命。20世纪80年代，国内开始研究轴承表面改性技术。表面改性技术包括物理气相沉积、化学气相沉积、射频溅射、离子注入等，可提高轴承零件的耐磨性、接触疲劳寿命，并降低表面摩擦系数。
（1）硬质涂层 硬质涂层种类很多，目前轴承应用较多的主要是类金刚石（DLC）涂层。DLC涂层由石墨结构和金刚石结构的碳构成，既具有石墨的润滑及低摩擦性能，又具有金刚石的硬度（1200HV以上），在滑动状态下具有较好的耐磨性，但在滚动载荷作用下则表现较差，因为涂层在高载荷滚动状态下应用时裂纹在涂层的柱状组织中产生并扩展，进而导致涂层剥落。优化工艺参数和涂层设计可消除涂层中亚微米级别的柱状组织，大大提高涂层在高载荷滚动下的性能。而掺杂金属（W、Ti、Cr）可以在涂层中形成细小碳化物，也有利于提高涂层强度和耐磨性。DLC涂层代表轴承硬涂层的一个发展方向，在降低摩擦磨损、减少表面损伤、提高接触疲劳寿命方面将会越来越多地应用于各种轴承产品。
（2）固体润滑涂层 固体润滑涂层主要是涂覆具有润滑性能的软材料或层片结构材料，具有良好的润滑性能，一般应用于真空等不宜使用油、脂润滑的场合。
软金属涂层有Au、Ag、Pb等，一般采用离子镀或溅射成膜，应用于高真空用滚动轴承，或用于改善保持架与滚动体间的润滑状态，如航空发动机轴承保持架镀银。
典型的层片结构材料如MoS 2 、石墨等，一般采用溅射或使用有机、无机黏结剂烧结成膜。MoS 2 一般用于高真空，石墨一般用于高温。
高分子材料以PTFE（聚四氟乙烯）为代表，具有独特的带状结构，表现出低摩擦，容易在配对面形成转移润滑膜，耐化学药品，且不易受环境介质影响，一般采用黏结剂烧结成膜，应用于清洁或耐蚀环境的轴承。
（3）其他涂层 低温离子渗硫是20世纪80年代后期出现的表面改性技术，其基本原理与离子渗氮相似，在一定的真空度下，利用高压直流电使含硫气体电离，生成的硫离子轰击工件表面，在工件表面与铁反应生成以FeS为主约10μm厚的硫化物层。硫化物是良好的固体润滑剂，可有效降低钢件接触表面的摩擦系数，且其摩擦系数随载荷增大而进一步降低，因此可以大大提高重载下轴承的耐磨性，将轴承的寿命提高3倍左右。
低温磷化与渗硫的作用相似。通过把工件放置于40℃的磷酸十三烷酸酯溶液中浸渗4h，可在工件表面获得0.05～0.25μm厚的Fe 2 O 3 和Fe 4 （P 2 O 7 ） 3 的表面层，降低摩擦系数并提高耐磨性。经磷化的M50钢轴承在短期断油的情况下不出现卡死，提高了轴承的可靠性。
轴承钢的质量直接影响轴承的寿命与可靠性，也与轴承钢的热处理工艺存在很大的关系。近20年来，国外报道了多种大幅度提升轴承钢接触疲劳寿命的热处理技术。在高纯净度冶炼技术的基础上，通过双细化热处理不仅可以细化晶粒，也可以细化碳化物，改善碳化物分布，既提高了强度和硬度，又延长了轴承的接触疲劳寿命。由此可见，随着主机对轴承服役性能提出越来越高的技术要求的同时，对轴承热处理技术要求也越来越高。
目前轴承钢热处理工艺主要有常规马氏体淬回火处理、贝氏体等温淬火、马氏体-贝氏体等温淬火、贝氏体变温淬火等。针对当前研究较多的贝氏体等温淬火工艺，首先，应注意贝氏体等温淬火工艺的适用性，并不是所有的轴承零件都适合贝氏体等温淬火，因此应根据轴承的工作环境以及服役性能来确定工艺参数；其次，改进贝氏体等温淬火介质，开发控制盐浴含水量的技术以保证盐浴的冷却性能，同时寻求替代介质和技术以减少环境污染，如采用无毒盐浴代替硝盐或采用其他冷却方式代替盐浴（控制喷水冷却）；此外，应缩短贝氏体等温时间。
轴承零件内部质量是影响轴承寿命和可靠性的关键因素之一，因此未来轴承零件内部质量控制从以下几方面进行。首先，氧含量和钛含量应有更为精细的检测与控制标准，氧的质量分数应稳定在6×10 -6 以下，钛的质量分数应小于15×10 -6 ，降低或消除钢中硬脆夹杂物导致的疲劳剥落与断裂，将夹杂物对钢材质量的影响降到最低。其次，残余应力和残留奥氏体控制和评定。目前，我国已有残留奥氏体含量控制及相应检测方法，但还没有残余应力的评定指标。而残余应力影响零件的接触疲劳性能、韧性和磨削裂纹，适当的残余压应力可以提高接触疲劳寿命，防止磨削及安装裂纹的产生。残留奥氏体降低尺寸稳定性，其影响程度与残留奥氏体本身的稳定性、数量和存在部位有关，但适量的残留奥氏体可以提高断裂韧度和接触疲劳性能。因此，进一步开展残余应力和残留奥氏体对热处理后轴承性能的影响及其机理的研究，进而根据轴承的工况提出残余应力和残留奥氏体的控制指标等，将是我国轴承行业热处理研究的又一主要方向。另外，还应优化冶炼铸工艺和热处理工艺，研究双细化工艺，提升碳化物分布的均匀性，实现组织细化与均匀化，尽可能消除钢中的碳化物偏析；减少钢中的低倍组织缺陷，减少铸坯中心疏松、缩孔，严格控制成分偏析，改善铸坯的质量。
轴承零件主要工作表面为滚动接触面，进行表面涂层及其他改性处理可大幅度提高轴承性能。因此基于渗碳、碳氮共渗等表面处理工艺，结合表面涂层、熔覆、织构等新的表面改性技术，改善表面性能及形貌，提高耐磨性及润滑性能，延长轴承的疲劳寿命，进而开发出适应不同工作环境的轴承，实现轴承由单一性向多元化的特色发展。
【拓展阅读】
截至2020年，世界八大跨国轴承集团瑞典斯凯孚，德国舍弗勒，日本精工、NTN、美蓓亚、不二越、捷太格特及美国铁姆肯，垄断了全球60%以上的市场。