编者按：为有效推动科学普及与科技创新两翼齐飞，营造尊重科学、崇尚创新的浓厚氛围，我们再次推出“科学家讲科学”系列科普讲座，在上一期邀请我省自然科学基金创新研究群体基础上，此次燕赵青年科学家项目负责人带来了他们各自研究领域基础科学知识，带你用好奇更新已知边界，用科学连接未来生活。让我们与省自然科学基金背后的专家面对面，与科学零距离，继续有料有趣的奇妙科普旅程！

　　今天我们一起走进燕山大学杨志南教授团队，了解贝氏体轴承钢的创新与发展。

　　贝氏体轴承钢的创新与发展

　　《机器人总动员》里的瓦力、《变形金刚》里的大黄蜂，不知道朋友们在看这些机器人电影的时候，是否有想过，机器人为什么能这么灵活呢？这些机器人之所以能实现复杂的组合动作，就是依靠小型、智能、高强度的柔性关节，其核心部件就是减速器，占到机器人成本的70%，而轴承是减速器的关键零件。

　　轴承出现在地球上的历史可追溯到八千多年前。2010年3月，在跨湖桥文化遗址发现了木质陶轮底座，说明中国早就开始利用轴承的原理来生产生活。河南安阳出土的商代战车，说明彼时原始滑动轴承开始应用。1883年，弗里德里希·费舍尔提出了使用合适的生产机器磨制大小相同、圆度准确的钢球的主张，并利用其发明的球磨机首次成功生产出了大量尺寸均一且圆度准确的淬火钢球，为轴承工业的发展奠定了基础。我国的轴承制造业起步较晚，但发展迅速，从2009年开始，我国已经成为世界第三大轴承制造国，但是与世界轴承强国在核心技术领域还存在很大的差距，一些高端轴承目前还需要依赖进口。当前，我国在高速铁路轴承、盾构机轴承、航发轴承等领域已经取得了显著的进步。

　　

　　图1 燕山大学“科学家讲科学”科普讲座现场

　　2008年，燕山大学先进钢铁材料团队在国际上率先开发一类纳米贝氏体渗碳钢及热处理技术。经过渗碳处理后，钢表面为高碳，心部为低碳，通过控制等温温度在表层温度以上、心部温度以下，在表层获得高强韧性的纳米贝氏体，心部获得高韧性的低碳马氏体组织。这种全新结构的纳米贝氏体渗碳钢性能非常优异，耐磨性和滚动接触疲劳性能均优于传统马氏体渗碳钢，其中滚动接触疲劳寿命提高1倍。近年来，该团队又相继开发出了多种纳米贝氏体轴承钢，其中第一个材料G23Cr2Ni2Si1Mo渗碳轴承钢已经纳入到国家渗碳轴承钢标准中，GCr15Si1Mo全淬型轴承钢也被纳入到多项行业标准。

　　

　　图2 采用团队研发的纳米贝氏体钢制造的风电主轴轴承

　　纳米贝氏体轴承钢热处理时间长达几十个小时，严重限制这种材料的工业化应用。杨志南团队研究发现，在纳米贝氏体轴承钢中预先引入马氏体，可以显著加速前期相变，缩短孕育期，但是后期相变显著减速，导致整体相变时间并无明显缩短。该团队进一步将组织尺寸控制和加速贝氏体相变结合起来，首先探明了影响纳米贝氏体组织尺寸的控制因素及作用机制，并构建了组织尺寸精准预测模型，进一步发明基于组织尺寸控制的快速热加工技术，将贝氏体相变时间缩短75%，可以在几个小时内完成相变，同时主相尺寸可控及残余奥氏体稳定性提升，钢强度提高12%，韧性提高45%，达到了预期的效果。近两年，该团队在对组织进行精准控制基础上，对工艺进一步进行了优化，可以实现在2个小时内完成纳米贝氏体相变。

　　下一步，该团队将继续围绕高性能钢铁材料绿色热加工中的基础科学问题及关键共性技术开展攻关，以期为我国钢铁工业绿色高质量发展以及高端装备制造业的技术进步作出贡献。

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