1.M50NiL軸(zhóu)承鋼

  從1955年(nian)到1980年25年間(jiān)，航空發動(dòng)機軸承的(de)轉速穩定(dìng)增長📱，dn值已(yi)達到💚近2.5百(bǎi)萬。進入九(jiǔ)十年代，航(háng)空發動機(ji)的高📐速和(hé)高溫對滾(gun)🌐動軸🧡承提(tí)出了更高(gao)的要求。然(ran)而，現有的(de)軸承鋼，即(jí)使是專用(yong)的耐高溫(wēn)軸承鋼，如(rú)M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族的(de)各種派生(sheng)鋼種，如CRB-7和(hé)GB-42，在明顯高(gao)于目前發(fa)動機❤️軸承(chéng)的溫度下(xià)仍能正常(chang)🈲工作。但還(hái)有一個重(zhòng)要的制約(yuē)因素，這就(jiù)㊙️是淬透鋼(gāng)軸承套圈(quan)在超高速(su)條件下的(de)易斷裂性(xìng)，這種故障(zhàng)發生時很(hen)少或根本(běn)沒有前兆(zhao)。

  為了找出(chu)一種既有(yǒu)M50軸承鋼所(suǒ)具有的性(xìng)能，且斷裂(lie)性更好的(de)軸✍️承鋼，SKF的(de)MRC軸承公司(si)在美國空(kōng)軍的支持(chi)下開展了(le)一系列研(yan)🛀究工作，最(zui)終選擇了(le)M50NiL。

  M50NiL除斷裂韌(ren)性有所提(ti)高外，與其(qi)它高溫淬(cui)透軸承材(cai)料相比，顯(xian)微組織和(he)疲勞強度(du)也都很好(hǎo)。其原因之(zhī)一是M50iL中沒(méi)有大顆粒(li)碳化物，因(yīn)此，這種鋼(gang)對碳化物(wù)㊙️引起的疲(pi)勞裂🌂紋不(bú)敏感。

  盡管(guǎn)M50NiL原料的勘(kan)探比M50容易(yi)，且材料的(de)軋制和鍛(duan)造更方便(biàn)，但👉要想得(dé)到所需的(de)理想淬透(tòu)層、芯部顯(xian)微組織和(he)一定的材(cai)料特性，必(bì)須精确控(kong)制淬火和(he)熱處理工(gong)藝。為研究(jiu)M50NiL處理方法(fa)，SKF付出了很(hěn)大的努力(lì)，投入了大(da)量的資金(jīn)。MRC技術🌈人員(yuan)認為，通過(guo)熱處理可(ke)使這🤩種材(cái)料在鄰🍓近(jìn)滾道表面(miàn)處産生殘(can)餘壓應力(li)，在高dn值條(tiáo)件下，該應(yīng)力區可抵(di)消圓周應(yīng)力的作用(yong)，從而提高(gao)軸承壽命(mìng)。采用SKF相奕(yi)控制工藝(yi)☔，可得到較(jiao)高的壓應(yīng)力，而且淬(cuì)硬深度比(bǐ)傳統工藝(yì)高三倍。SKF曾(céng)用傳統的(de)方法對M50NiL做(zuo)過熱處🔞理(li)試驗，得出(chu)的材料斷(duan)裂韌🌂性值(zhí)為275~350MPa-m1/2，在軸承(chéng)傳速達到(dao)dn=3百萬時，具(ju)有良好的(de)止裂特性(xing)。要提高軸(zhou)承轉速和(he)/或産生更(gèng)大的表面(miàn)缺陷，斷裂(lie)韌性值就(jiù)必需接近(jin)📞700MPa-m1/2。為了提高(gao)芯部韌性(xing)，SKF開發了一(yī)種工🐉藝，可(kě)使熱處理(lǐ)後的M50NiL在不(bu)喪✉️失表面(mian)特性😘的情(qing)況下得到(dao)♉一個特定(dìng)的芯部韌(ren)性。SKF研究人(rén)員發現，該(gāi)工藝還可(kě)提高殘留(liu)壓應力，從(cóng)而進一步(bù)提高軸承(cheng)❤️的性能及(jí)可靠性。這(zhe)💯種工藝包(bao)括将❗工件(jian)從奧😘氏體(ti)化溫度冷(leng)卻到芯部(bù)和表層馬(mǎ)氏體開始(shi)形成㊙️的溫(wen)度之間的(de)一個溫度(dù)，然後将工(gong)件加熱到(dao)一個較高(gao)的溫度，并(bing)在表層(淬(cuì)硬層)冷卻(que)和相變之(zhi)前回火芯(xin)部。通過選(xuǎn)擇适當的(de)芯部回火(huǒ)♌循環，可将(jiang)芯部熱處(chu)理到所需(xu)的韌度和(he)強度，而不(bú)會對表層(ceng)特性有太(tài)大的影響(xiǎng)。業已證明(ming)，根據所選(xuǎn)擇的芯部(bù)回火溫度(dù)，芯部硬度(dù)應控制在(zài)30~45HRC。這種芯部(bu)韌性以前(qian)隻能在CBS600和(hé)Prowear53才能得到(dào)，現在KSF的熱(rè)處理工藝(yi)使具有良(liang)好的耐高(gāo)溫性能的(de)👌M50NiL也具有宋(song)的芯部韌(ren)性。此外，SKF研(yán)究人員還(hái)發現這種(zhǒng)表面㊙️淬📞硬(ying)鋼還具有(you)其它一些(xiē)特點。一是(shì)表面處理(lǐ)🤟。象滲氮鐵(tiě)🥰(FCN)這樣的表(biao)面處理對(dui)M50NiL具有有利(lì)的影響，它(ta)可在不含(han)碳化物顯(xiǎn)微組織的(de)表面産生(shēng)高壓應力(li)區(＞1000MPa)。預期這(zhe)種處理方(fang)法可提高(gāo)抗腐蝕性(xing)、耐磨性和(he)抗表面引(yǐn)起疲勞的(de)特性。二是(shi)可焊接性(xìng)能。由于M50NiL含(han)碳量低，因(yīn)此，在需要(yào)将軸承與(yu)法蘭或其(qí)它相類似(si)的部件或(huo)材料連接(jiē)起來制造(zào)單元軸承(chéng)和複合結(jié)構部件時(shí)，可使用這(zhè)種材料以(yǐ)降低成本(běn)。

  目前，用M50NiL制(zhi)造的軸承(cheng)正在世界(jiè)上12種不同(tóng)的飛機發(fā)動機上進(jìn)⭐行試驗或(huo)應用，SKF公司(si)處于世界(jie)領先地位(wei)。

  2.陶瓷材料(liào)

  為飛機提(ti)供動力的(de)燃氣渦輪(lún)發動機效(xiào)率極高，可(ke)使飛機速(su)⚽度達到3馬(mǎ)赫以上。發(fa)動機主軸(zhóu)軸承的工(gōng)作條件要(yào)求非❤️常高(gāo)，預計主軸(zhou)轉速要超(chāo)過30000轉/分，軸(zhou)承最高極(ji)限溫🌈度約(yuē)800~900℃。從研究可(ke)以看出👈，在(zài)650℃以上的工(gong)作溫度以(yi)使用高溫(wen)合金材料(liao)，要想得到(dào)長壽命，希(xi)❓望渺茫，而(er)陶瓷材料(liào)為軸承工(gong)作溫度提(tí)高到明顯(xiǎn)高于650℃帶來(lai)了希❌望。

  SKF通(tōng)過研究，選(xuǎn)出了一組(zu)可以滿足(zú)超高溫軸(zhóu)承工作要(yao)求的高🎯性(xing)能陶瓷材(cái)料，在1100℃以上(shang)高溫條件(jiàn)下，這些陶(táo)瓷材料♊中(zhōng)，有一種性(xing)能最佳，這(zhe)就是過去(qù)十年裡人(ren)們研制出(chu)的熱壓氮(dan)化矽或💃等(deng)壓氮化矽(xī)(Si3N4)。氮化矽之(zhi)所以是理(lǐ)想的材🔆料(liao)，是因為它(ta)具有良好(hao)的高溫強(qiang)度和硬度(dù)，以及有利(lì)的🌈強度/重(zhong)量關系。當(dang)潤滑充分(fen)時，還具有(yǒu)極佳的抗(kàng)滾動疲勞(lao)特性。1984年，SKF就(jiu)在美國🥵用(yong)固體潤滑(huá)劑對該材(cai)料進行了(le)500℃以🥵上高溫(wēn)下的長👄期(qi)試驗。

  然而(ér)，氮化矽也(yě)有缺點，其(qi)中包括抗(kang)拉強度低(dī)，止裂韌性(xing)差📞和⛹🏻‍♀️熱♍膨(péng)脹系數極(jí)低等。因此(ci)，要制造和(he)應用陶瓷(cí)軸承，還需(xu)要做大量(liàng)的研究工(gōng)作。

  目前，SKF研(yán)究人員正(zheng)在對碳化(huà)矽(SiC)、碳化钛(tài)(TiC)和氧化氮(dan)矽🛀🏻鋁(SiAlON)等其(qi)他一些陶(tao)瓷材料用(yòng)做球和套(tao)圈材料的(de)适用性進(jin)行評定，SKF已(yi)将碳化矽(xī)用于40000轉/分(fèn)的軸承試(shi)驗。碳化矽(xī)作為高溫(wen)軸承的有(yǒu)利性能是(shi)良好的熱(rè)傳導率、熱(rè)擴散性和(he)抗氧化性(xing)以及材料(liao)的高純度(du)(幾乎不存(cun)在因雜質(zhi)造成的影(ying)響)，其不利(li)✨因素之一(yī)是🌈彈性模(mó)數高，約高(gao)出熱壓氮(dàn)化矽50%，這一(yī)點被認為(wei)是一個潛(qián)在的問題(tí)，因為它有(yǒu)産生高赫(he)茲接觸應(yīng)力的危險(xian)。SKF研究人員(yuán)曾試圖考(kǎo)慮過通過(guo)調整滾道(dào)的曲率比(bǐ)來減少這(zhe)方面⭐的影(yǐng)響，但這樣(yang)做又會導(dao)緻📐摩擦升(shēng)熱的加劇(jù)。