1.M50NiL軸承鋼

  從(cóng)1955年到1980年25年(nián)間，航空發(fa)動機軸承(chéng)的轉速穩(wen)定增長，dn值(zhí)已達到近(jìn)🏃🏻2.5百萬。進入(ru)九十年代(dài)，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(qiú)。然而，現有(yǒu)的軸承鋼(gang)，即使是專(zhuan)🌈用的耐‼️高(gāo)溫軸承鋼(gang)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zu)的各種派(pài)生鋼種，如(ru)CRB-7和GB-42，在明顯(xian)高于目前(qian)發動機👨‍❤️‍👨軸(zhou)承的溫度(dù)下仍能正(zheng)常工作。但(dan)還有一個(ge)重要的⭐制(zhi)約因素，這(zhè)就是淬透(tòu)鋼軸承套(tao)圈在超高(gao)速💘條件🈲下(xia)的易斷裂(liè)性，這❓種故(gu)障發生時(shi)很🏒少或根(gen)本沒有前(qián)😄兆。

  為了找(zhǎo)出一種既(ji)有M50軸承鋼(gāng)所具有的(de)性能，且斷(duan)裂性更好(hao)的軸📱承鋼(gāng)，SKF的MRC軸承公(gōng)司在美國(guo)空軍的支(zhi)持下開展(zhan)了👨‍❤️‍👨一系列(liè)研究工作(zuò)，最終選擇(zé)了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有所(suo)提高外，與(yu)其它高溫(wen)淬透軸承(cheng)材料相比(bǐ)，顯🚶‍♀️微組織(zhī)和疲勞強(qiáng)度也都很(hěn)好。其原因(yin)之🐇一是M50iL中(zhong)沒有大顆(ke)粒碳化物(wu)，因此，這種(zhǒng)鋼對碳化(hua)物引起的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻疲勞裂紋(wen)不敏感。

  盡(jìn)管M50NiL原料的(de)勘探比M50容(róng)易，且材料(liao)的軋制和(he)鍛造更方(fāng)便，但要想(xiǎng)得到所需(xū)的理想淬(cuì)透層、芯部(bù)顯微組織(zhi)和一定的(de)材料特性(xìng)，必🌈須精确(que)控制淬火(huo)和熱處理(lǐ)工藝。為研(yan)究M50NiL處理方(fang)法，SKF付出了(le)很大的努(nu)力，投入了(le)大量的資(zi)金。MRC技術人(ren)員認為，通(tong)過熱處🌂理(li)可使這種(zhǒng)材料在鄰(lín)近滾道表(biao)面處産生(sheng)殘餘壓應(yīng)力，在高dn值(zhi)條件下，該(gai)應力區可(ke)抵消圓周(zhōu)應力的作(zuò)用，從而提(ti)高軸承壽(shòu)命。采用SKF相(xiang)奕控制工(gong)藝，可得到(dao)較高的壓(ya)應力，而且(qie)淬硬深度(dù)比傳統工(gōng)藝高三倍(bèi)。SKF曾用傳統(tong)的方法對(dui)M50NiL做過熱處(chu)🛀理試驗，得(dé)出的材料(liào)斷裂韌🔆性(xìng)值為275~350MPa-m1/2，在軸(zhóu)承傳速達(da)到🌐dn=3百萬時(shí)，具有良好(hao)的止裂特(tè)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(zhí)就必需接(jiē)近700MPa-m1/2。為了提(ti)高芯部韌(rèn)性，SKF開發了(le)一種工☁️藝(yì)，可使熱處(chù)理後的M50NiL在(zai)不喪失表(biǎo)面特性的(de)情況下得(de)到一個特(tè)定的芯部(bù)韌性。SKF研究(jiū)人員發現(xiàn)，該工藝還(hái)可提高殘(can)留壓應✂️力(lì)，從而♋進一(yi)步提高軸(zhóu)承的性能(néng)及可靠性(xing)。這種工藝(yi)包括将工(gōng)件從奧⚽氏(shì)體化溫度(du)冷卻到芯(xīn)部和表層(ceng)馬氏體開(kāi)始形成的(de)溫度之間(jian)的一個溫(wēn)度，然後将(jiāng)工🏃‍♀️件加熱(re)到♍一個較(jiao)高的溫度(dù)，并在表層(céng)(淬硬🍉層)冷(lěng)卻和相變(bian)之前回火(huǒ)芯部。通過(guò)選擇适當(dang)的芯部回(huí)火循環，可(kě)将芯部🌈熱(re)處理到所(suo)需的韌度(dù)和強度，而(ér)不會對表(biao)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(wēn)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(yǒu)良好的耐(nài)高溫性☔能(néng)的M50NiL也具有(yǒu)宋的芯部(bù)韌性。此外(wài)，SKF研究人員(yuan)還發現這(zhè)種表面淬(cuì)硬鋼還具(ju)有其它一(yi)些特點。一(yi)是表面處(chu)理。象滲氮(dàn)鐵(FCN)這樣🔱的(de)表面處理(li)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(ying)力區(＞1000MPa)。預期(qi)這種處理(lǐ)方法可提(ti)高抗腐🐪蝕(shí)性、耐磨性(xing)和抗表面(mian)引起疲勞(láo)的特性☀️。二(er)是可焊接(jie)✊性能。由于(yu)⭐M50NiL含碳量低(dī)，因💋此，在需(xu)要将軸承(chéng)與法蘭或(huo)其它相類(lèi)似的部件(jiàn)或材料連(lián)接起來制(zhi)造單元軸(zhou)承和複合(he)結構🔆部件(jiàn)時，可使用(yòng)這種材料(liao)以降低成(chéng)本。

  目前，用(yong)M50NiL制造的軸(zhóu)承正在世(shì)界上12種不(bú)同的飛機(ji)發💋動♌機上(shang)進行試驗(yàn)或應用，SKF公(gong)司處于世(shì)界領先地(di)位。

  2.陶瓷材(cai)料

  為飛機(jī)提供動力(li)的燃氣渦(wō)輪發動機(ji)效率極高(gāo)，可使飛👉機(ji)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(jiàn)要求非常(cháng)高，預計🐉主(zhu)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(jiu)可以看出(chū)🤟，在650℃以上的(de)工🈲作溫度(dù)以㊙️使用高(gao)溫合金材(cai)料，要想得(de)到長壽命(ming)，希望渺茫(mang)，而陶瓷材(cái)料為軸承(cheng)工作溫度(du)提高到明(ming)顯高于650℃帶(dài)來了希望(wàng)。

  SKF通過研究(jiu)，選出了一(yī)組可以滿(mǎn)足超高溫(wēn)軸承工作(zuò)♌要求的高(gāo)性能陶瓷(ci)材料，在1100℃以(yi)上高溫條(tiáo)件下，這些(xiē)陶瓷材料(liao)中，有一種(zhong)性能最佳(jia)，這就是過(guò)去十年裡(li)人們研制(zhi)出的熱壓(ya)氮化矽或(huo)等壓氮化(huà)矽(Si3N4)。氮化矽(xi)⛱️之所以是(shi)理想的材(cai)⭕料，是因為(wéi)它具有良(liang)好的高溫(wen)㊙️強度和硬(yìng)度，以及有(yǒu)利的強度(du)/重量關系(xì)。當潤滑充(chōng)🔞分時，還具(jù)有極佳的(de)抗滾動疲(pí)勞特性。1984年(nián)，SKF就在美國(guo)用固體潤(run)滑劑對該(gai)材料進行(háng)了500℃以上高(gāo)溫下的長(zhǎng)期💚試驗。

  然(ran)而，氮化矽(xi)也有缺點(diǎn)，其中包括(kuò)抗拉強度(dù)低，止裂韌(ren)性差和💰熱(rè)☔膨脹系數(shù)極低等。因(yin)此，要制造(zào)和應用陶(táo)瓷軸承，還(hái)需要做大(dà)量的研究(jiū)工作。

  目前(qián)，SKF研究人員(yuán)正在對碳(tàn)化矽(SiC)、碳化(hua)钛(TiC)和氧化(hua)氮矽鋁(SiAlON)等(děng)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(huà)矽用于40000轉(zhuan)/分的軸承(cheng)試驗⭐。碳化(huà)矽作為高(gāo)溫軸承的(de)有利性能(néng)是良好的(de)熱傳導率(lǜ)、熱擴散性(xing)和抗氧化(huà)性以及材(cai)料的高純(chún)度(幾乎不(bú)存在因雜(za)質造成的(de)影響)，其不(bú)利因素之(zhi)一是👅彈性(xing)模數高，約(yue)高出熱壓(ya)氮化矽50%，這(zhe)一點被認(ren)為是一個(gè)潛在的問(wen)題，因為它(ta)有産生高(gāo)赫茲接觸(chù)應力的危(wēi)險。SKF研究人(rén)員曾試圖(tú)考慮過通(tong)過調整滾(gǔn)道的✔️曲率(lü)比來減少(shao)這方面的(de)影響，但這(zhè)樣做又會(huì)導緻摩擦(ca)升熱的加(jia)劇。