從汽車、高鐵、飛機(jī)到儀器儀表、機(jī)械裝備，所有旋轉(zhuǎn)的機(jī)械中，幾乎都能尋找到一個(gè)共同的核心部件——軸承。而制造軸承所需的材料——軸承鋼，則因直接關(guān)乎軸承的壽命和可靠性，被譽(yù)為“鋼中之王”。
運(yùn)用強(qiáng)力旋軋技術(shù)生產(chǎn)的成品。西北工業(yè)大學(xué)供圖
“軸承的工作環(huán)境嚴(yán)峻而復(fù)雜，不僅需要高速穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，還要承受強(qiáng)力的擠壓、摩擦，甚至超高溫的歷練。”劉東教授告訴記者，正因如此，軸承鋼的質(zhì)量和可靠性，有著極為嚴(yán)苛的要求。
如何提升軸承鋼的質(zhì)量？劉東教授介紹，一是要內(nèi)部足夠純凈，夾雜物質(zhì)越少越好；二是足夠均勻，材料內(nèi)的顆粒物盡量細(xì)小、彌散。然而令人遺憾的是，一直以來，我國生產(chǎn)的軸承鋼質(zhì)量與國際先進(jìn)水平有著較大差距。以夾雜物為例，國外產(chǎn)品夾雜物尺寸完全小于等于10微米，而國內(nèi)最大粒徑達(dá)到50-52微米，“大小相差五倍之多”。
由于無法從國內(nèi)廠家尋求到符合高質(zhì)量需求的軸承鋼， 很多企業(yè)不得不花高價(jià)進(jìn)口。這意味著：每制造一套產(chǎn)品，我們就需要向國外買一次軸承。
作為“鋼鐵大國”，如何能成為“鋼鐵強(qiáng)國”？經(jīng)過我國科研工作者幾十年的努力，軸承鋼中的氧含量、夾雜物等技術(shù)問題已得到有效解決。行業(yè)中的最后一個(gè)“老大難”問題——“碳化物”也被劉東教授和其團(tuán)隊(duì)攻克。
由于軸承鋼屬于高碳鋼，在所有鋼中其含碳量較高。如果碳化物分布不均勻，且呈大塊狀，就會(huì)嚴(yán)重影響質(zhì)量。劉東教授打了個(gè)比方：“就像揉面時(shí)撒了一把鹽，如果面團(tuán)沒有揉碎、揉勻，面里就都是又咸又硬的疙瘩。”“讓鹽更細(xì)小、更均勻的分布在面里”，就是劉東教授和團(tuán)隊(duì)追求的目標(biāo)。
“還是以揉面為例，你揉得變形越大，越能揉得均勻，揉好的關(guān)鍵就在于怎么‘揉’。”劉東教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的提出了“強(qiáng)力旋軋技術(shù)”——“這個(gè)技術(shù)就是在揉面的時(shí)候，讓面的3個(gè)方向都變形，而且變形的數(shù)值非常大，可謂把面揉得又透、又勁道。”
聽起來簡單的邏輯，卻蘊(yùn)含著劉東教授團(tuán)隊(duì)孜孜不倦的探索。團(tuán)隊(duì)“十年磨一劍”，經(jīng)過不斷攻關(guān)測試，終于突破了技術(shù)瓶頸，研究出3項(xiàng)“世界首創(chuàng)”技術(shù)，申請到66項(xiàng)發(fā)明專利。強(qiáng)力旋軋技術(shù)就是其中的一項(xiàng)。
據(jù)劉東教授介紹，中國軸承行業(yè)已形成近2000億元的行業(yè)銷售規(guī)模，且每年以12%—15%的速度增長，但生產(chǎn)的軸承還是以中低端軸承和中小型軸承為主。這其中，汽車軸承所占比例達(dá)到40%左右，軸承鋼中的夾雜物與碳化物質(zhì)量控制水平低，嚴(yán)重影響了國產(chǎn)汽車用軸承的壽命與可靠性。“強(qiáng)力旋軋技術(shù)的出現(xiàn)，或?qū)⒂辛Ω淖冞@一現(xiàn)狀。”
實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示：運(yùn)用強(qiáng)力旋軋技術(shù)，晶粒尺寸由原來的50微米細(xì)化至10微米，碳化物尺寸僅為原先的1/10。軸承鋼硬度同時(shí)大大提升，處于世界頂尖水平。此外，軸承的壽命和可靠性也大幅度提高。這一技術(shù)還可以顯著提高材料利用率，生產(chǎn)流程大大縮短。