1.M50NiL軸承(cheng)鋼

  從1955年到1980年25年(nián)間，航空發動機(ji)軸承的轉速穩(wen)定增長，dn值已達(da)到近🔴2.5百萬。進入(ru)九十年代，航空(kōng)發動機的高速(su)和高溫💃🏻對滾📐動(dòng)軸承提🔆出了更(gèng)高的要求。然而(er)，現有的軸承鋼(gāng)，即使是專用的(de)耐高溫軸🔞承鋼(gāng)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家🏃族的各(ge)種派生鋼種，如(ru)CRB-7和GB-42，在明顯高于(yú)目前發動機🙇‍♀️軸(zhou)承的溫度下仍(réng)能正常工作。但(dàn)還有一個重要(yào)的制約因素，這(zhe)就♊是淬透鋼軸(zhou)承套圈在超高(gao)速條件下的易(yi)斷裂性，這種故(gu)障發生時很少(shao)或根本沒有前(qián)兆。

  為了找出一(yi)種既有M50軸承鋼(gang)所具有的性能(néng)，且斷裂性更好(hǎo)的軸承鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司在美國(guo)空軍的支持下(xia)開展了一系列(liè)研究工🔴作，最終(zhōng)選擇了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有所提高(gāo)外，與其它高溫(wen)淬透軸承材料(liao)相比，顯微♋組織(zhi)和疲勞強度也(yě)都很好。其原因(yin)之☎️一是M50iL中沒有(yǒu)大顆粒碳化物(wù)，因此，這種鋼對(duì)碳化物引起的(de)疲勞裂紋不敏(min)感。

  盡管M50NiL原料的(de)勘探比M50容易，且(qie)材料的軋制和(he)鍛造更✨方便，但(dan)要想得到所需(xū)的理想淬透層(céng)、芯部顯微組織(zhī)和一定的材料(liào)特性，必須精确(què)控制淬火和熱(rè)處理工藝。為研(yan)究❄️M50NiL處理方法，SKF付(fu)出了很大的努(nǔ)力，投入了大量(liàng)的資金。MRC技術人(rén)員認為🌐，通過熱(rè)處理可使這🔱種(zhǒng)材料在鄰近滾(gun)道表面處産生(sheng)殘餘⛷️壓應力，在(zài)高dn值條件下，該(gai)應力區可抵消(xiāo)圓周應力的作(zuò)用，從而提高軸(zhou)承壽命。采用SKF相(xiàng)奕控制工藝，可(kě)得到較高的壓(yā)應力，而且淬硬(ying)深度比傳統工(gong)藝高💞三倍。SKF曾用(yong)傳🈚統的方法🈲對(dui)M50NiL做過熱處♊理試(shi)驗，得出的材料(liào)斷裂韌性值為(wei)275~350MPa-m1/2，在軸承傳速達(dá)到dn=3百萬時，具有(yǒu)良♈好的止裂💃特(tè)性。要提高軸承(cheng)轉速和🚩/或産生(shēng)更大的表面缺(quē)陷，斷裂🌈韌性值(zhi)就必需接近😘700MPa-m1/2。為(wei)了提高芯部韌(rèn)性，SKF開發🆚了一種(zhong)工藝，可使熱處(chu)理後的M50NiL在不喪(sang)失✂️表面特性的(de)情況下得到一(yi)個特定的芯部(bù)韌性。SKF研究人員(yuan)發♍現，該工藝還(hái)可提高殘留壓(ya)應力，從而進一(yī)步提高軸承的(de)性能及可靠性(xing)。這種工藝包括(kuò)将🔞工件從奧🐆氏(shì)體化溫度冷卻(què)到芯部💛和表層(ceng)馬氏體開始形(xing)成的溫度之間(jiān)的一個溫度，然(ran)後将工件👈加熱(re)到一個較高的(de)溫🐕度，并在表層(céng)(淬硬層)冷卻和(he)相變之前回⭐火(huo)芯部。通過選擇(ze)适當的芯部回(hui)火循環，可将⛱️芯(xīn)部熱處理到所(suo)需的韌度和強(qiang)度，而不會對表(biao)💯層特性有太大(dà)的影響。業已證(zheng)明，根據所選擇(ze)的芯部回火溫(wēn)度㊙️，芯部硬度應(ying)控制在30~45HRC。這種芯(xīn)部韌⭕性以前隻(zhi)能在CBS600和Prowear53才能得(dé)到，現在KSF的熱處(chù)理工藝使具有(you)良好的耐高溫(wen)性能的M50NiL也具有(yǒu)宋的芯部韌性(xing)。此外，SKF研究人員(yuan)還發現這種表(biǎo)面淬硬鋼還具(ju)有其它一些特(tè)點。一是表面處(chù)理。象滲氮鐵🔆(FCN)這(zhè)樣🐇的表面處理(li)對M50NiL具有有利的(de)影響，它可在不(bu)含碳化🥵物顯微(wēi)組織的表面産(chǎn)生高壓應力區(qu)(＞1000MPa)。預期這種處理(li)方法可提高抗(kàng)腐⁉️蝕性、耐磨性(xing)和抗表面引起(qi)疲勞的特性。二(er)是可焊接性能(neng)。由👣于M50NiL含碳量低(di)，因此，在需要将(jiang)軸承與✌️法蘭🌏或(huo)其它相類似的(de)部件或材料連(lian)接起來制造單(dān)元軸承和複合(he)結構👈部件時，可(kě)使‼️用這種💞材料(liao)以降低成本。

  目(mù)前，用M50NiL制造的軸(zhou)承正在世界上(shàng)12種不同的飛機(ji)發動機上進行(háng)試驗或應用，SKF公(gong)司處于世界領(ling)先地位。

  2.陶瓷材(cai)料

  為飛機提供(gòng)動力的燃氣渦(wo)輪發動機效率(lü)極高，可使飛機(ji)✉️速度🈲達到3馬赫(hè)以上。發動機主(zhu)軸軸承的工作(zuo)條件要⚽求非常(chang)高，預計♌主軸轉(zhuan)速要超過30000轉/分(fen)，軸承最高❤️極限(xian)溫度約800~900℃。從研究(jiū)可以看出☎️，在650℃以(yi)上的工作溫度(dù)以使用高溫合(hé)金材料，要想得(dé)到長壽命，希望(wang)渺茫，而陶瓷材(cái)料為軸🐆承工作(zuò)溫度提高到明(ming)顯㊙️高于650℃帶來了(le)希望。

  SKF通過研究(jiū)，選出了一組可(kě)以滿足超高溫(wēn)軸承工作要求(qiú)的高性🏃‍♀️能陶瓷(cí)材料，在1100℃以上高(gao)溫條件下，這些(xie)陶瓷材料👉中，有(yǒu)一種性能最佳(jia)，這就是過去十(shi)年裡人們研制(zhì)出的熱壓氮化(hua)矽或等壓氮化(huà)矽(Si3N4)。氮化矽之所(suǒ)以是理想的材(cái)料，是因為🏃‍♀️它具(ju)有良好的高溫(wen)👣強度和硬度，以(yǐ)及有利的強度(du)/重量關系。當潤(rùn)滑充🌈分時，還具(ju)有極佳的抗滾(gun)動疲勞特性。1984年(nian)，SKF就在💞美國🈲用固(gù)體潤滑劑對該(gai)材料進行了500℃以(yi)上高溫下的長(zhǎng)期試驗。

  然而，氮(dan)化矽也有缺點(dian)，其中包括抗拉(la)強度低，止裂韌(rèn)性差和熱膨脹(zhàng)系數極低等。因(yin)此，要制造和應(ying)用陶瓷軸承，還(hai)需要做大量的(de)研究工作。

  目前(qián)，SKF研究人員正在(zài)對碳化矽(SiC)、碳化(huà)钛(TiC)和氧化氮矽(xi)🐇鋁(SiAlON)等其他一些(xiē)陶瓷材料用做(zuo)球和套圈材料(liao)的适用性進行(háng)評定，SKF已将🛀碳化(huà)矽用于40000轉/分的(de)軸承試驗。碳化(hua)矽👨‍❤️‍👨作為高溫軸(zhou)承的有利性能(neng)是良好的熱傳(chuán)導率、熱擴散性(xìng)和抗✍️氧化性以(yǐ)及材料的高純(chun)度(幾❓乎不存在(zài)因雜質造成的(de)影響)，其不利♋因(yin)素之一是♍彈性(xìng)模數高❗，約高出(chū)熱壓氮化矽50%，這(zhè)一點被認🥰為是(shì)一個潛在的問(wen)題，因為它🐪有産(chǎn)生高赫茲接觸(chù)應力🔞的危險。SKF研(yán)究人員曾🚶試圖(tú)考慮過通過調(diào)整滾道的✉️曲率(lü)比來☀️減少這方(fāng)面的影響💚，但這(zhe)樣做又會導緻(zhì)摩擦升熱的加(jia)劇。