1.M50NiL軸承鋼

  從(cóng)1955年到1980年25年(nián)間，航空發(fa)動機軸承(cheng)的轉速穩(wen)定增長⚽，dn值(zhi)✊已🌏達到近(jìn)2.5百萬。進入(ru)九十年代(dai)，航空發動(dòng)機的高速(su)和高溫對(dui)滾⚽動軸承(cheng)提🏒出了更(geng)高的要求(qiu)。然而，現有(you)的軸承鋼(gāng)，即使是專(zhuān)☁️用的耐高(gāo)溫軸承鋼(gāng)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zú)的各種派(pai)生鋼種☀️，如(rú)CRB-7和GB-42，在明顯(xiǎn)高于目前(qian)發動機軸(zhóu)承的溫度(dù)下仍能正(zheng)常工作。但(dan)還有一個(gè)重要的制(zhì)約因素，這(zhe)就是淬透(tòu)鋼軸承套(tào)圈在超高(gao)速條件下(xià)的易斷裂(liè)性，這種故(gu)障發生時(shi)很少或根(gen)本沒有前(qian)🏃‍♀️兆。

  為了找(zhao)出一種既(jì)有M50軸承鋼(gang)所具有的(de)性能，且斷(duàn)裂性更好(hao)的軸承鋼(gāng)，SKF的MRC軸承公(gong)司在美國(guo)空軍的支(zhī)持下開展(zhan)了一系列(lie)研究工🔞作(zuò)，最終選擇(ze)了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有所(suo)提高外，與(yǔ)其它高溫(wen)淬透軸承(chéng)材料相🐉比(bi)，顯微組織(zhī)和疲勞強(qiang)度也都很(hen)好。其原因(yīn)之一是🌈M50iL中(zhōng)沒有大顆(ke)粒碳化物(wù)，因此，這種(zhong)鋼對碳化(hua)物引起的(de)疲勞裂紋(wén)不敏感。

  盡(jin)管M50NiL原料的(de)勘探比M50容(rong)易，且材料(liao)的軋制和(hé)鍛造更方(fang)便，但要想(xiǎng)😘得到所需(xu)的理想淬(cui)透層、芯部(bu)顯微組織(zhi)和一定的(de)材料特🏒性(xing)，必須精确(que)控制淬火(huo)和熱處理(li)工藝。為研(yán)究☁️M50NiL處理方(fāng)法，SKF付出了(le)很大的努(nu)力，投入了(le)大量的🍉資(zī)金。MRC技術人(rén)員認為，通(tōng)過熱處🛀🏻理(lǐ)可使這種(zhong)材料在鄰(lín)近滾道表(biao)面處産生(shēng)殘餘🏃🏻壓應(yīng)力，在高dn值(zhi)條件下，該(gāi)應力區可(ke)抵消圓🈲周(zhōu)應力的作(zuo)用⭐，從而提(tí)高軸承壽(shòu)命。采用SKF相(xiang)奕控制工(gōng)藝，可得到(dào)較高的壓(ya)應力，而且(qiě)淬硬深㊙️度(dù)比傳統工(gong)藝高三倍(bei)。SKF曾用傳統(tong)的方法對(dui)M50NiL做過熱處(chù)理試驗，得(de)出的材料(liao)斷裂韌🔞性(xìng)值為275~350MPa-m1/2，在軸(zhou)承傳🧡速達(dá)到dn=3百萬時(shí)，具有良好(hao)的止裂特(te)性。要提高(gao)軸承轉速(su)和/或産生(shēng)更大的表(biǎo)面缺陷，斷(duàn)裂韌性值(zhi)就必需接(jie)近700MPa-m1/2。為了提(tí)高芯部韌(ren)性，SKF開發了(le)一種工💚藝(yi)，可使熱處(chù)理後的M50NiL在(zài)不喪失✌️表(biǎo)面特性的(de)情況下得(de)到一個特(te)定的芯部(bù)韌性。SKF研究(jiū)人員發⛷️現(xian)，該工藝還(hái)可提高殘(can)留壓應力(li)，從而進一(yī)步提高軸(zhóu)承的性能(neng)✏️及可靠性(xing)。這種工藝(yi)包括将🤞工(gōng)件從奧氏(shi)體化溫度(du)冷卻到芯(xin)部和表層(céng)馬氏體開(kai)始形成的(de)溫度之間(jian)的一個溫(wēn)度，然後将(jiang)工🐅件加熱(rè)到一個較(jiao)高的溫度(dù)，并在表層(ceng)(淬硬♉層)冷(leng)卻和相變(biàn)之前回火(huǒ)芯部。通過(guò)選擇适🐅當(dang)的芯部回(hui)火循環，可(kě)将🌐芯部熱(rè)處理到所(suǒ)需的韌度(dù)和強度，而(ér)不會對表(biǎo)層特性🙇‍♀️有(yǒu)👈太大的影(ying)響。業已證(zhèng)明，根據所(suǒ)選擇的芯(xin)部回火溫(wen)度🌍，芯部硬(yìng)度應控制(zhi)在30~45HRC。這種芯(xin)部韌性以(yǐ)前隻能在(zai)CBS600和Prowear53才能得(dé)到，現在KSF的(de)熱處理工(gong)藝使具有(you)良好的📱耐(nai)高溫性能(neng)的M50NiL也具有(yǒu)宋的芯部(bu)韌性。此外(wài)，SKF研究人員(yuán)還發現這(zhè)🌈種表面淬(cuì)硬鋼還具(jù)有其它一(yi)些特點♈。一(yī)是表面處(chu)理🆚。象滲氮(dan)鐵🔅(FCN)這樣🤟的(de)表面處理(lǐ)對M50NiL具有🤞有(you)利的影響(xiang)，它可在不(bú)含碳化物(wù)顯微組織(zhī)的表面産(chǎn)生高壓應(yīng)力區(＞1000MPa)。預期(qi)這種處理(lǐ)方法可提(tí)高抗腐🚶‍♀️蝕(shí)性、耐磨性(xìng)和抗表面(mian)引起疲勞(láo)的特性。二(er)是可焊接(jiē)性能。由于(yú)☂️M50NiL含碳量低(dī)，因此，在需(xū)要将軸承(chéng)與法蘭或(huò)其它相類(lei)似的部件(jiàn)或⭐材料連(lián)接起來制(zhì)造單元軸(zhou)承和複合(hé)結構部件(jiàn)時，可使用(yòng)這種材料(liao)以降低👌成(cheng)本。

  目前，用(yong)M50NiL制造的軸(zhóu)承正在世(shi)界上12種不(bú)同的飛機(jī)發動機上(shang)進行試驗(yan)或應用，SKF公(gōng)司處于世(shi)界領先地(dì)位。

  2.陶瓷材(cái)料

  為飛機(jī)提供動力(li)的燃氣渦(wō)輪發動機(ji)效率極高(gao)，可使🌈飛機(jī)速度達到(dao)3馬赫以上(shang)。發動機主(zhu)軸軸承的(de)工作條件(jian)要😄求非🔞常(chang)高，預計主(zhǔ)軸轉速要(yao)超過30000轉/分(fen)，軸承最高(gāo)🤟極限溫度(dù)約800~900℃。從研究(jiū)可以看出(chu)，在650℃以上的(de)工作溫度(dù)以使用高(gāo)溫㊙️合金材(cai)料，要想得(dé)到💃🏻長壽命(ming)，希望渺茫(máng)，而陶瓷材(cái)料為軸承(chéng)工作溫度(du)提高到明(míng)顯高于650℃帶(dai)來了希望(wang)。

  SKF通過研究(jiū)，選出了一(yī)組可以滿(man)足超高溫(wēn)軸承工作(zuo)🚩要求的高(gāo)性🔞能陶瓷(ci)材料，在1100℃以(yǐ)上高溫條(tiao)件下，這些(xie)陶瓷材料(liào)中，有一種(zhong)性能最佳(jia)，這就是過(guò)去十年裡(lǐ)⭐人們研制(zhì)出的熱壓(ya)氮化矽或(huo)等壓氮化(hua)矽(Si3N4)。氮化矽(xi)🛀之所以是(shì)理想的材(cái)料，是因為(wei)它具有良(liáng)好的高溫(wen)🚩強度和硬(yìng)度🌈，以及有(yǒu)利的🚶強度(dù)/重量關系(xi)。當潤滑充(chōng)🚶‍♀️分時，還具(jù)有📞極佳的(de)抗滾動疲(pi)勞特性。1984年(nián)，SKF就在美國(guo)用固體潤(run)滑劑對該(gāi)材料進行(háng)了500℃以上高(gāo)溫下的長(zhǎng)期試驗。

  然(rán)而，氮化矽(xi)也有缺點(dian)，其中包括(kuo)抗拉強度(du)低，止裂韌(rèn)性差和熱(rè)膨脹系數(shu)極低等。因(yin)此，要制造(zào)和應用💔陶(tao)瓷軸承，還(hai)需要做大(dà)量❤️的研究(jiu)工作。

  目前(qián)，SKF研究人員(yuan)正在對碳(tan)化矽(SiC)、碳化(huà)钛(TiC)和氧化(huà)氮矽鋁(SiAlON)等(deng)🐉其他一些(xie)陶瓷材料(liào)用做球和(hé)套圈材料(liao)的适🚶‍♀️用性(xing)進行評定(ding)，SKF已将碳化(hua)矽用于40000轉(zhuan)/分的軸承(cheng)試驗🛀🏻。碳化(hua)矽作為高(gao)溫軸承的(de)有利性能(neng)是🥵良好的(de)熱傳導率(lǜ)、熱擴😄散性(xing)和抗氧化(hua)性以及材(cái)料的高純(chún)度(幾乎不(bu)存在因🙇🏻雜(za)質造成的(de)♊影響)，其不(bú)利因素之(zhi)一是彈性(xìng)模數高，約(yuē)高出熱壓(ya)氮化矽50%，這(zhè)一點被認(rèn)🐉為是一個(ge)潛在✉️的問(wèn)題，因為它(ta)有産生高(gao)🔆赫茲接觸(chù)應力⛹🏻‍♀️的危(wei)險。SKF研究人(rén)員曾✏️試圖(tu)考慮過通(tōng)過調整滾(gun)道的曲率(lǜ)比來減少(shao)這方面❄️的(de)影響㊙️，但這(zhe)樣做又會(huì)導緻📞摩擦(cā)升熱的加(jia)劇。