1.M50NiL軸(zhou)承鋼(gang)

  從1955年(nian)到1980年(nian)25年間(jian)，航空(kong)發動(dong)機軸(zhou)承的(de)轉速(su)穩定(ding)增長(zhang)，dn值🚶‍♀️已(yi)達到(dao)近2.5百(bai)萬。進(jin)入九(jiu)十年(nian)代，航(hang)空發(fa)動機(ji)的高(gao)速和(he)高溫(wen)對滾(gun)動軸(zhou)承提(ti)出了(le)更高(gao)的要(yao)求。然(ran)而，現(xian)有的(de)軸承(cheng)鋼，即(ji)使是(shi)專用(yong)的耐(nai)高溫(wen)軸承(cheng)鋼，如(ru)M50，18-4-1和14Cr-4Mo家(jia)族的(de)各種(zhong)派生(sheng)鋼種(zhong)，如CRB-7和(he)GB-42，在明(ming)顯高(gao)于目(mu)前發(fa)動機(ji)🐆軸承(cheng)的溫(wen)度下(xia)仍能(neng)正常(chang)工作(zuo)。但還(hai)有一(yi)個重(zhong)要的(de)制約(yue)因素(su)，這就(jiu)😄是淬(cui)透鋼(gang)軸承(cheng)套圈(quan)在超(chao)高速(su)條件(jian)下的(de)易斷(duan)裂性(xing)，這種(zhong)故障(zhang)👉發生(sheng)時很(hen)💰少或(huo)根本(ben)沒有(you)前兆(zhao)。

  為了(le)找出(chu)一種(zhong)既有(you)M50軸承(cheng)鋼所(suo)具有(you)的性(xing)能，且(qie)斷裂(lie)性更(geng)好的(de)軸🌐承(cheng)鋼，SKF的(de)MRC軸承(cheng)公司(si)在美(mei)國空(kong)軍的(de)支持(chi)下開(kai)🈲展了(le)一系(xi)列研(yan)究工(gong)作，最(zui)終選(xuan)擇了(le)M50NiL。

  M50NiL除斷(duan)裂韌(ren)性有(you)所提(ti)高外(wai)，與其(qi)它高(gao)溫淬(cui)透軸(zhou)承材(cai)料相(xiang)比，顯(xian)微組(zu)織和(he)疲勞(lao)強度(du)也都(dou)很好(hao)。其原(yuan)因之(zhi)一是(shi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼M50iL中沒(mei)有大(da)顆粒(li)碳化(hua)物，因(yin)此，這(zhe)種鋼(gang)對碳(tan)化物(wu)引起(qi)的疲(pi)勞裂(lie)紋不(bu)敏❗感(gan)。

  盡管(guan)M50NiL原料(liao)的勘(kan)探比(bi)M50容易(yi)，且材(cai)料的(de)軋制(zhi)和鍛(duan)造更(geng)❗方便(bian)，但要(yao)想得(de)到所(suo)需的(de)理想(xiang)淬透(tou)層、芯(xin)部顯(xian)微組(zu)織和(he)一定(ding)的材(cai)💁料特(te)性，必(bi)須精(jing)确控(kong)制淬(cui)火和(he)熱處(chu)理工(gong)藝。為(wei)研究(jiu)✨M50NiL處理(li)方法(fa)，SKF付出(chu)‼️了很(hen)大的(de)努力(li)，投入(ru)🔅了大(da)量的(de)資金(jin)。MRC技術(shu)人員(yuan)認為(wei)，通過(guo)熱處(chu)理可(ke)使這(zhe)種材(cai)料在(zai)鄰近(jin)滾道(dao)表面(mian)☀️處産(chan)生殘(can)餘壓(ya)應力(li)，在高(gao)dn值條(tiao)件下(xia)，該🚩應(ying)力區(qu)可抵(di)消圓(yuan)周應(ying)力的(de)作用(yong)，從而(er)提高(gao)軸承(cheng)壽命(ming)。采‼️用(yong)SKF相奕(yi)控制(zhi)工藝(yi)🈲，可得(de)到較(jiao)高的(de)壓應(ying)力，而(er)且淬(cui)硬深(shen)🆚度比(bi)傳統(tong)工藝(yi)高三(san)倍。SKF曾(ceng)用傳(chuan)⚽統的(de)方法(fa)對M50NiL做(zuo)過熱(re)處理(li)試驗(yan)，得出(chu)的材(cai)料斷(duan)裂韌(ren)性值(zhi)為275~350MPa-m1/2，在(zai)軸承(cheng)傳速(su)達到(dao)dn=3百萬(wan)時，具(ju)有良(liang)好的(de)止裂(lie)🐇特性(xing)。要提(ti)高軸(zhou)承轉(zhuan)速和(he)/或産(chan)生更(geng)大的(de)表面(mian)缺陷(xian)👈，斷裂(lie)韌性(xing)值就(jiu)必需(xu)接近(jin)700MPa-m1/2。為了(le)提高(gao)芯部(bu)韌性(xing)，SKF開發(fa)了一(yi)種工(gong)✏️藝，可(ke)使熱(re)處理(li)後的(de)M50NiL在不(bu)喪失(shi)表面(mian)特性(xing)的情(qing)況下(xia)得到(dao)一個(ge)特定(ding)的芯(xin)部韌(ren)性。SKF研(yan)究人(ren)員發(fa)現，該(gai)工藝(yi)還可(ke)提高(gao)殘留(liu)壓應(ying)力，從(cong)而進(jin)一步(bu)提高(gao)軸承(cheng)的性(xing)能及(ji)可靠(kao)性。這(zhe)種工(gong)藝包(bao)括将(jiang)‼️工件(jian)從奧(ao)氏體(ti)化溫(wen)度冷(leng)卻到(dao)芯部(bu)和表(biao)層馬(ma)氏體(ti)開始(shi)形成(cheng)的溫(wen)度之(zhi)間的(de)一個(ge)💁溫度(du)，然後(hou)将工(gong)件加(jia)熱到(dao)一個(ge)♻️較高(gao)的溫(wen)度，并(bing)在表(biao)層(淬(cui)硬層(ceng))冷卻(que)和相(xiang)變之(zhi)前🛀回(hui)✏️火芯(xin)部。通(tong)過選(xuan)擇适(shi)當的(de)芯部(bu)回火(huo)循環(huan)，可将(jiang)芯部(bu)熱處(chu)理到(dao)所需(xu)的韌(ren)度和(he)強度(du)，而不(bu)會對(dui)表層(ceng)特性(xing)💃🏻有太(tai)大的(de)影響(xiang)。業已(yi)證明(ming)，根據(ju)所選(xuan)擇的(de)芯部(bu)回火(huo)溫度(du)🏃‍♀️，芯部(bu)硬度(du)應控(kong)制在(zai)30~45HRC。這種(zhong)芯部(bu)韌性(xing)以前(qian)隻能(neng)🌈在CBS600和(he)Prowear53才能(neng)得到(dao)，現在(zai)KSF的熱(re)處理(li)工藝(yi)使具(ju)有良(liang)好的(de)耐高(gao)溫性(xing)能的(de)M50NiL也具(ju)有宋(song)的芯(xin)部韌(ren)性。此(ci)外，SKF研(yan)究人(ren)員還(hai)發現(xian)這種(zhong)表面(mian)淬🔴硬(ying)鋼還(hai)具有(you)其它(ta)一些(xie)特點(dian)。一是(shi)表面(mian)處理(li)。象滲(shen)氮鐵(tie)(FCN)這樣(yang)📞的表(biao)面處(chu)理對(dui)M50NiL具有(you)有利(li)的影(ying)響，它(ta)可在(zai)不含(han)碳化(hua)物顯(xian)微💚組(zu)織的(de)表面(mian)産生(sheng)高壓(ya)應力(li)區(＞1000MPa)。預(yu)期這(zhe)種處(chu)理方(fang)✏️法可(ke)提高(gao)抗腐(fu)蝕性(xing)、耐磨(mo)性和(he)抗表(biao)面引(yin)起疲(pi)勞的(de)特性(xing)。二是(shi)可焊(han)接性(xing)能。由(you)于M50NiL含(han)碳量(liang)低，因(yin)此，在(zai)需要(yao)将軸(zhou)承與(yu)法蘭(lan)📱或其(qi)它相(xiang)類似(si)的部(bu)件或(huo)材料(liao)連接(jie)起來(lai)制造(zao)單元(yuan)⁉️軸承(cheng)和複(fu)合結(jie)構部(bu)件時(shi)，可使(shi)用這(zhe)種材(cai)料以(yi)降低(di)成本(ben)。

  目前(qian)，用M50NiL制(zhi)造的(de)軸承(cheng)正在(zai)世界(jie)上12種(zhong)不同(tong)的飛(fei)機發(fa)動機(ji)上☁️進(jin)行試(shi)驗或(huo)應用(yong)，SKF公司(si)處于(yu)世界(jie)領先(xian)地位(wei)。

  2.陶瓷(ci)材料(liao)

  為飛(fei)機提(ti)供動(dong)力的(de)燃氣(qi)渦輪(lun)發動(dong)機效(xiao)率極(ji)高，可(ke)使飛(fei)機速(su)度達(da)到3馬(ma)赫以(yi)上。發(fa)動機(ji)主軸(zhou)軸承(cheng)的工(gong)作條(tiao)件要(yao)🚶‍♀️求非(fei)常高(gao)，預計(ji)主軸(zhou)轉速(su)要超(chao)過30000轉(zhuan)/分，軸(zhou)🔞承最(zui)高極(ji)限溫(wen)度約(yue)800~900℃。從研(yan)究可(ke)以看(kan)出㊙️，在(zai)650℃以上(shang)的工(gong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼作溫(wen)度以(yi)使用(yong)高溫(wen)⛱️合金(jin)材料(liao)，要想(xiang)得到(dao)長壽(shou)命，希(xi)望渺(miao)茫，而(er)陶瓷(ci)材料(liao)為軸(zhou)承工(gong)作溫(wen)度提(ti)高到(dao)明顯(xian)高于(yu)650℃帶來(lai)了希(xi)望。

  SKF通(tong)過研(yan)究，選(xuan)出了(le)一組(zu)可以(yi)滿足(zu)超高(gao)溫軸(zhou)承工(gong)作🐅要(yao)求的(de)高性(xing)能陶(tao)瓷材(cai)料，在(zai)1100℃以上(shang)高溫(wen)條件(jian)下，這(zhe)些陶(tao)瓷材(cai)料中(zhong)，有一(yi)種性(xing)能❗最(zui)佳，這(zhe)就是(shi)過去(qu)十年(nian)裡人(ren)們研(yan)制出(chu)的熱(re)壓氮(dan)化矽(xi)或等(deng)壓氮(dan)化矽(xi)(Si3N4)。氮化(hua)矽之(zhi)所以(yi)是理(li)想的(de)材料(liao)，是因(yin)為它(ta)具有(you)良🈲好(hao)的高(gao)溫強(qiang)度和(he)硬度(du)💋，以及(ji)有利(li)的強(qiang)度/重(zhong)量關(guan)系。當(dang)潤滑(hua)充♍分(fen)時，還(hai)具有(you)極佳(jia)的抗(kang)滾動(dong)疲勞(lao)特性(xing)。1984年，SKF就(jiu)在美(mei)國用(yong)固體(ti)潤滑(hua)劑對(dui)該材(cai)料進(jin)行了(le)500℃以💋上(shang)高溫(wen)下的(de)長✏️期(qi)試驗(yan)。

  然而(er)，氮化(hua)矽也(ye)有缺(que)點，其(qi)中包(bao)括抗(kang)拉強(qiang)度低(di)，止裂(lie)♊韌性(xing)差和(he)熱膨(peng)脹系(xi)數極(ji)低等(deng)。因此(ci)，要制(zhi)造和(he)應用(yong)陶瓷(ci)軸承(cheng)，還需(xu)要做(zuo)大量(liang)的研(yan)究工(gong)作。

  目(mu)前，SKF研(yan)究人(ren)員正(zheng)在對(dui)碳化(hua)矽(SiC)、碳(tan)化钛(tai)(TiC)和氧(yang)化氮(dan)矽鋁(lü)(SiAlON)等其(qi)他一(yi)些陶(tao)瓷材(cai)料用(yong)做球(qiu)和套(tao)圈材(cai)料的(de)适用(yong)性進(jin)行評(ping)定，SKF已(yi)将碳(tan)化矽(xi)用于(yu)40000轉/分(fen)的軸(zhou)承試(shi)驗。碳(tan)化矽(xi)作為(wei)高溫(wen)軸承(cheng)的有(you)利性(xing)能是(shi)良好(hao)的熱(re)傳導(dao)率、熱(re)擴散(san)性和(he)抗氧(yang)化性(xing)以及(ji)材料(liao)的高(gao)純度(du)(幾❤️乎(hu)不存(cun)在因(yin)雜質(zhi)造成(cheng)的影(ying)響)，其(qi)不利(li)因素(su)之一(yi)是🐆彈(dan)性模(mo)數高(gao)，約高(gao)出熱(re)壓氮(dan)化矽(xi)50%，這一(yi)點被(bei)認為(wei)是一(yi)個潛(qian)在的(de)問題(ti)，因為(wei)它有(you)産生(sheng)高赫(he)茲接(jie)觸應(ying)力的(de)危險(xian)。SKF研究(jiu)人員(yuan)曾📧試(shi)圖考(kao)慮過(guo)通過(guo)調💋整(zheng)滾道(dao)的曲(qu)率比(bi)來減(jian)少這(zhe)方面(mian)的影(ying)響，但(dan)這樣(yang)做又(you)會🈲導(dao)緻🈲摩(mo)擦升(sheng)熱的(de)加劇(ju)。