高碳鉻類軸承鋼通常采用馬氏體淬回火，國內(nèi)外進行了大量的研究，近年來根據(jù)軸承應用工況，提出了一些針對性的研究與應用。

ЧЕРМЕНСКИ.О.Н研究了不同溫度回火后硬度對軸承性能的影響。當軸承載荷產(chǎn)生的接觸應力超過σn0（σn0=2.57σ0，σ0為在單向拉伸或壓縮時開始塑性變形的應力，取σ0.005），在計算可靠性要求不高的軸承壽命時，硬度在58~64HRC范圍內(nèi)壽命的變化可以忽略不計。對于精密重載部件用球軸承，不允許在工作過程中因微塑性變形積累而使套圈溝道尺寸發(fā)生變化，最好采用高溫回火（200~250 ℃）；對一般用途的軸承，最好的回火溫度不是現(xiàn)在的150~160 ℃，而是提高到170~180℃，不降低壽命且承載能力有所提高。

日本學者樋口博和對汽車變速箱軸承提出了3種長壽命熱處理措施：1）增加殘余奧氏體以提高滾動疲勞壽命（TM處理），對高碳銘軸承鋼進行淬火時，通過提高淬火溫度增加殘余奧氏體含量。2）提高回火軟化抗力（TA處理），進行碳氮共滲時，由于氮在表層的擴散導致殘余奧氏體量增多，此外由于氮的固溶，回火軟化抗力上升，進而提高疲勞壽命。3)晶粒微細化(FA處理)，使鋼材的晶粒尺寸微細化，縮小到傳統(tǒng)材料晶粒尺寸的50%以下，以提高疲勞強度，并組合碳氮共滲處理實現(xiàn)進一步長壽命化。

GHEORGHIES.C，STEFANESCU.I.I對高碳鉻軸承鋼在磁場中進行淬回火后的組織和性能進行了研究。在磁場中進行熱處理時，馬氏體晶粒變小且組織均勻，殘余奧氏體減少，硬度可提高（1~2）HRC，抗彎強度提高50%，疲勞可靠度提高（承載時組織不易變化）。

對高碳鉻軸承鋼在淬火后進行深冷處理可以提高耐磨性。1）在深冷處理過程中，大量的殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，在磨損過程中向碳化物提供強大的支承并抑制其脫落，阻止大的麻點形成；2）由深冷處理產(chǎn)生的細小碳化物析出并均勻分布，也是耐磨性提高的原因，深冷處理試樣中碳化物的分布比那些沒進行深冷處理的均勻，且碳化物體積分數(shù)更高；3）深冷處理提高了馬氏體的轉(zhuǎn)變率，使合金基體組織細化，從而達到細晶強化效果，有助于耐磨性的提高。對100Cr6試樣淬火后進行-186 ℃×24 h的深冷處理，并進行200 ℃回火，與未進行深冷處理相比，試樣的硬度提高18%，耐磨性提高37%。

BARTARYA.G，CHOUDHURY.S.K對熱處理工藝參數(shù)對鋼球滾動疲勞壽命的影響進行研究，860 ℃加熱后具有合適的未溶碳化物數(shù)量及原奧氏體晶粒，進行160 ℃回火后可獲得較高的疲勞壽命。鋼球的拋丸強化可以減少鋼球加工和軸承裝配時的表面損傷，但疲勞壽命會下降，振動噪聲會增加。

BRYAN.A等研究了滾動接觸疲勞過程中初始殘余應力對軸承鋼材料性能的影響，對M50制大鋼球（28.6~41.3 mm）進行機械處理，在表面下700 μm內(nèi)得到初始殘余壓應力（-400 MPa），與未機械處理的球相比，初始殘余壓應力延緩了鋼中微觀塑性變形硬化和組織變化（次表面黑色腐蝕區(qū)及白色條帶的出現(xiàn)），有利于提高接觸疲勞壽命。

在常規(guī)淬火設備方面，主要是在減小淬火變形，提高淬火后材料的組織和硬度均勻性方面進行研究應用。如近年來在國內(nèi)推行的高壓氣淬技術，可明顯減小淬火變形，且節(jié)能環(huán)保；連續(xù)式鹽浴淬火設備在國內(nèi)得到越來越多的應用，通過調(diào)節(jié)鹽浴含水量，可控制冷速，適用于不同的零件尺寸，保證最小的淬火變形及最大的硬度均勻性，且通過有效的熱回收利用裝置回收清洗液中的鹽，實現(xiàn)少無排放和低能耗。

另外，隨著熱鍛套圈技術的進步，提高了毛坯精度，普遍使用熱回收氮基保護氣氛球化退火，降低了能耗和工件脫碳。

張福成等對近年來貝氏體淬火技術進行了詳細的綜述。與馬氏體組織相比，在馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度（Ms點）以上進行等溫淬火處理獲得的下貝氏體組織在保留高硬度的同時，兼具更高的韌性，同時表面為殘余壓應力，使得貝氏體淬火軸承在某些應用領域具有優(yōu)異的疲勞性能，因此適用于裝配過盈量大、服役條件差的軸承，如承受大沖擊載荷的鐵路、軋機、起重機等軸承，潤滑條件不良的礦山運輸機械或礦山裝卸系統(tǒng)、煤礦用軸承等。高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝已在鐵路、軋機軸承上得到成功應用，取得了較好效果。

近年來新發(fā)現(xiàn)的納米貝氏體組織，也稱為硬貝氏體組織、低溫貝氏體或超級貝氏體組織，在保留與馬氏體相當硬度的同時，具有比常規(guī)下貝氏體組織更高的韌性和相當?shù)谋砻鏆堄鄩簯?/strong>，具有更加優(yōu)異的耐磨性和滾動接觸疲勞性能，納米貝氏體鋼在材料設計、微結(jié)構(gòu)調(diào)控等基礎理論研究方面得到了快速發(fā)展，推動了其在軸承制造領域的應用，在軸承上應用具有的巨大潛力。

在20世紀90年代，SKF等公司開展納米貝氏體用鋼開發(fā)，如SKF的755V，通過特殊的等溫淬火得到更均勻的納米下貝氏體，硬度增加的同時韌性也提高了60%，耐磨性提高了3倍。處理的套圈壁厚超過100 mm，近期將其應用于高鐵軸承。國內(nèi)近十幾年也開展了納米貝氏體技術的研究，如張福成等團隊開發(fā)的含Al，Si的全淬硬鋼及滲碳鋼，經(jīng)過貝氏體淬火后獲得納米貝氏體，接觸疲勞壽命較普通軸承鋼及滲碳鋼分別提高1倍、2倍以上。

在國內(nèi)，納米貝氏體軸承技術的應用仍有一些問題，最突出的問題是等溫處理時間過長，急需縮短熱處理工藝周期的方法。另外，服役過程中殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變及其引發(fā)的尺寸穩(wěn)定性問題，納米貝氏體組織在軸承服役過程中的組織演變規(guī)律及對服役壽命的影響，納米貝氏體軸承更適用的工況等，均有待深入研究。

高碳鉻軸承鋼的碳氮共滲處理是在添加了5%~15%丙烷和丁烷的滲碳氣氛中加入含氮介質(zhì)（如氨氣），將碳和氮同時滲入擴散到軸承鋼中的處理技術。由于在材料表層擴散的氮元素會使奧氏體變得穩(wěn)定，因此淬火后殘余奧氏體量增多，而且通過氮元素的固溶作用提高了抗回火軟化性，亦增加了滾動疲勞壽命。

KARTHIKEYAN.R等對52100鋼實施的碳氮共滲處理工藝及處理后的組織、硬度等進行了詳細的研究。工藝曲線、成分分析、顯微組織、硬度分別如圖1—圖3所示。碳氮共滲溫度一般在A1以上，溫度越高則滲速越高，但滲后晶粒越粗，氮含量越低。碳氮共滲后除未溶碳化物外，還有大量細小的氮化物、碳氮化物，提高了硬度和耐磨性。另外滲層組織中有高含量的殘余奧氏體（20%以上）。因大量殘余奧氏體的存在，滲后低溫回火的硬度與未滲的相近，但在較高溫度回火后，滲層表面硬度明顯高于未滲件（如300 ℃回火后，滲后硬度為63.6HRC，未滲的僅58HRC）。

圖1 碳氮共滲工藝曲線

圖5 滲后表層X-射線衍射圖

圖6 碳氮共滲和非熱處理鋼的硬度曲線

（實心符號代表碳氮共滲，空心符號代表非碳氮共滲）

DAISUKE.S等研究了高表面氮含量碳氮共滲SUJ2的滾動接觸疲勞壽命。通過控制碳氮共滲氣氛的氮勢使碳氮共滲后成品內(nèi)圈的表面氮含量分別為0.1%和0.4%，并在人工壓痕及污染潤滑的條件下進行軸承疲勞壽命對比試驗。人工壓痕條件下，高氮含量（0.4% N）的碳氮共滲軸承疲勞壽命分別約為常規(guī)碳氮共滲（0.1%N）的2倍及普通淬回火的3倍；污染潤滑條件下則為普通淬回火的2倍。高的表面氮含量提高了熱處理后的殘余奧氏體含量，從而提高了軸承壽命。文中還對高氮碳氮共滲不同溫度回火后的壓痕深度進行測量和計算，表明回火溫度越高，壓痕深度越淺，殘余奧氏體含量越低，但未對不同溫度回火后的疲勞壽命進行對比。但可以推測：對于潔凈潤滑的軸承，采用高的溫度回火應有利于提高硬度和耐磨性。

20世紀90年代起，日本各公司積極應用這種特殊熱處理技術，將其應用于污染潤滑條件下工作的軸承以提高壓痕起源型剝落壽命；應用于乏油潤滑條件下工作的軸承以提高耐磨性；應用于異常白色組織剝落失效的軸承以防止早期剝落。

1981年，洛陽軸承研究所開展了軸承鋼的碳氮共滲研究，并將碳氮共滲處理的軸承裝于機床進行試驗，壽命明顯提高。但因種種原因被擱置，沒有推廣應用。進入21世紀后，國內(nèi)軸承企業(yè)開始積極推廣應用這一技術，尤其是在汽車變速箱軸承方面，已成為標準的熱處理工藝。

XIE.L.C等研究了表面硬化技術和硬化層深度對AISI 8620，9310，4140鋼的滾動接觸疲勞性能的影響。8620及9310采用氣體滲碳和真空滲碳，4140采用感應淬火，得到不同硬度和硬化層深度。接觸疲勞試驗表明，硬化層硬度越高、層深越厚（到613HV的最大深度小于1 mm），接觸疲勞壽命越長，滲碳處理大于感應淬火，真空滲碳大于氣體滲碳；而且對應于最大等效應力深度（約0.13 mm）處的硬度與疲勞壽命強相關，該處硬度越高，疲勞壽命越長。

GLOECKNER.P等將薄層氮化應用于M50，M50NiL制航空發(fā)動機球軸承，提高表面硬度及殘余壓應力，防止邊界潤滑條件下滾動接觸區(qū)內(nèi)微觀滑動引起微剝落。

航空發(fā)動機軸承運行于高溫高速及污染潤滑條件下，常常因污染潤滑而失效，軸承長壽命的措施之一是在常規(guī)熱處理后進行離子氮化。YAGITA.K等對軸承零件用高合金鋼（M50，M50NiL）的等離子氮化處理進行了研究。為保證在氮化后不出現(xiàn)有害的化合物層和晶間析出物，滲層中的C+N含量需小于1.7%，在430 ℃氮化10 h后進行低于回火溫度的擴散處理，在不降低心部硬度的前提下保證足夠的滲層深度。經(jīng)以上處理后，接觸疲勞試驗所得的疲勞壽命L10提高了近7倍。

KOYO通過對SUJ2進行特殊熱處理（碳氮共滲）開發(fā)了SH軸承，在表面獲得高的硬度和一定量的殘余奧氏體，使其在污染潤滑條件下具有較高的壽命，且污染越嚴重，提高壽命的效果越顯著。

感應加熱淬回火有許多優(yōu)點，如環(huán)保、可集成于生產(chǎn)線中，開、停機時間短等，一般用于表面淬火（如輪轂軸承），較少用于整體淬火。國內(nèi)企業(yè)只有洛陽LYC將感應加熱整體淬火用于308自動線，原因是感應加熱的選擇性難以保證整個零件的加熱均勻性，且擔心高溫短時加熱是否可重復性較好地控制碳在基體中的溶解量。

NTN開發(fā)了可控制鋼中溫度及顯微組織的整體感應加熱淬回火技術，其加熱控制系統(tǒng)如圖4所示。利用2支溫度計同時測量套圈內(nèi)外徑溫度，PID控制溫度，基于溫度測量結(jié)果的PC程序?qū)崟r預測材料的性能，當鋼中未溶碳化物面積到達6%~10%時停止加熱，噴水淬火；根據(jù)每個回火溫度下回火時間與硬度的關系，采用類似的方法控制回火溫度及時間。對采用900 ℃感應加熱淬火及230 ℃回火的套圈進行性能測試，與爐內(nèi)加熱淬回火的標準軸承相比，硬度及均勻性、耐淺層剝落及涂抹性能與標準軸承相當，尺寸穩(wěn)定性及L10高于標準軸承，整個工藝每千克的CO2排放量由566 g降至318 g。

圖4 帶溫度控制的感應加熱系統(tǒng)示意圖

NTN進一步研究了感應加熱條件對軸承鋼性能的影響。淬火溫度為900，950，1 000 ℃，目標未溶碳化物面積為4%，8%，12%（采用不同加熱時間控制），回火為180 ℃×2 h，240 ℃×43.2 s，310 ℃×36.8 s。從尺寸變化率、額定靜載荷、靜態(tài)斷裂強度及剪切疲勞強度等性能考察不同熱處理條件的影響，認為性能不低于爐內(nèi)處理的最合適的熱處理條件見表2。在合適熱處理條件下，軸承壽命可達基本額定壽命的4倍以上。

表1 適合JIS-SUJ2的感應淬火條件