Vòng bi ô tô là các bộ phận cốt lõi đảm bảo hoạt động trơn tru, hiệu quả và an toàn của xe. Hiệu suất của chúng phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng vượt trội của vật liệu cấu thành. Đối mặt với những thách thức khắc nghiệt như tốc độ quay cao, tải trọng lớn, biến động nhiệt độ cực đoan và điều kiện đường xá phức tạp, vật liệu vòng bi phải kết hợp nhiều tính năng ưu việt.
Trước hết, độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt đối là yếu tố nền tảng. Thép vòng bi crom-carbon cao (ví dụ: GCr15), nhờ hàm lượng carbon cao và hợp kim crom, có thể đạt được độ cứng bề mặt rất cao (trên HRC 60) sau khi tôi luyện. Điều này đảm bảo vòng bi chống lại được mài mòn và biến dạng dẻo dưới tác động lâu dài của tải trọng cao, kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Thứ hai, độ bền mỏi vượt trội là yếu tố thiết yếu. Vật liệu phải chịu được hàng trăm triệu chu kỳ ứng suất mà không bị bong tróc mỏi. Điều này đòi hỏi thép phải có độ tinh khiết cực cao, cấu trúc kim loại đồng nhất và mịn, cùng với hàm lượng tạp chất oxit và sulfide rất thấp để về mặt vi mô làm chậm sự hình thành và lan truyền của các vết nứt mỏi.
Hơn nữa, độ ổn định kích thước xuất sắc là điều không thể thiếu. Trong điều kiện nhiệt độ hoạt động thay đổi, vật liệu phải duy trì được độ ổn định cấu trúc và kích thước để ngăn ngừa mất độ chính xác hoặc hiện tượng bó cứng do thay đổi nhiệt độ. Độ dẻo dai đủ lớn cũng rất quan trọng để chịu được tải trọng va đập mà không bị gãy vỡ.
Với những tiến bộ về công nghệ, các vật liệu gốm (như silicon nitride, Si3N4) ngày càng được sử dụng trong các dòng xe cao cấp và xe năng lượng mới nhờ những ưu điểm như khối lượng riêng thấp, chịu nhiệt độ cao và cách điện tốt. Việc ứng dụng công nghệ phủ bề mặt còn cải thiện hiệu suất hơn nữa bằng cách tạo ra một nền tảng chắc chắn, dai bền với bề mặt có hệ số ma sát thấp hơn nữa và khả năng chống mài mòn cao hơn, từ đó mở rộng giới hạn của khả năng hoạt động của ổ bi.