1.M50NiL軸承(chéng)鋼

  從1955年到1980年(nian)25年間，航空發(fā)動機軸承的(de)轉速穩定增(zeng)長，dn值已⁉️達到(dào)近2.5百萬。進入(ru)九十年代，航(háng)空發動機的(de)高速和高溫(wēn)對滾動軸承(cheng)提出了更高(gao)的要求。然而(er)，現有的軸承(cheng)鋼，即使是專(zhuān)用的耐高溫(wēn)軸承鋼，如M50，18-4-1和(he)14Cr-4Mo家族的各種(zhong)🌈派生鋼種🔴，如(rú)CRB-7和GB-42，在明顯高(gāo)于目♻️前發動(dòng)機軸承的溫(wen)度♈下仍能正(zhèng)常工作。但還(hai)有一個重要(yào)的㊙️制約因素(sù)，這🏃就是淬透(tòu)鋼軸承套圈(quan)在超高速條(tiao)件💃🏻下的易斷(duan)裂性，這種故(gù)障發生時很(hěn)少或根本沒(méi)有前🐆兆。

  為了(le)找出一種既(jì)有M50軸承鋼所(suo)具有的性能(neng)，且斷裂性更(gèng)好的軸承鋼(gang)，SKF的MRC軸承公司(si)在美國空軍(jun)的支持下開(kāi)展了一系列(lie)研究工作，最(zuì)終選擇了M50NiL。

  M50NiL除(chu)斷裂韌性有(yǒu)所提高外，與(yǔ)其它高溫淬(cui)透軸承材料(liao)相比，顯微組(zǔ)織和疲勞強(qiáng)度也都很好(hǎo)。其原因之一(yī)是M50iL中沒有大(dà)顆粒❗碳化物(wù)，因此，這種鋼(gang)對碳化物引(yin)起的疲勞裂(liè)紋不敏🔞感。

  盡(jìn)管M50NiL原料的勘(kan)探比M50容易，且(qie)材料的軋制(zhi)和鍛造更㊙️方(fang)便，但要🏃‍♀️想得(de)到所需的理(li)想淬透層、芯(xin)部顯微組織(zhī)和一定💔的材(cai)料特☎️性，必須(xū)精确控制淬(cui)火和熱處理(li)工藝。為研究(jiū)M50NiL處理方法，SKF付(fù)出了很大的(de)努力，投入了(le)大量的☂️資金(jīn)。MRC技術人員認(ren)為，通過熱處(chu)👈理可使這種(zhǒng)材料在鄰近(jin)滾道表面處(chù)産生殘餘壓(yā)應力，在高dn值(zhí)條件下，該應(ying)🌍力區可抵消(xiāo)圓📱周應力的(de)作用，從而✏️提(ti)高軸承壽命(mìng)。采用SKF相奕控(kong)制工藝，可得(de)到較高的壓(yā)應力，而且淬(cui)硬深度比傳(chuán)統工藝高三(san)倍。SKF曾用傳統(tǒng)的方法對M50NiL做(zuo)過熱處理試(shi)驗，得出的材(cái)料斷裂韌性(xing)值為275~350MPa-m1/2，在軸承(chéng)傳速達到dn=3百(bai)萬時，具有良(liang)好的止裂📞特(tè)性。要提高軸(zhóu)承轉速和/或(huo)産生更大的(de)表面缺陷，斷(duan)裂韌性值就(jiù)必需接近700MPa-m1/2。為(wei)了提高芯部(bù)韌性，SKF開發了(le)一種工藝，可(kě)使熱處理後(hou)的M50NiL在不喪失(shī)表面特性的(de)情況下得到(dao)一個特定的(de)芯部韌性。SKF研(yán)究人員發現(xiàn)，該工藝還可(ke)提高殘留壓(ya)應力，從而進(jin)一步提高軸(zhou)承的性能及(ji)可靠性。這種(zhǒng)工藝包括将(jiāng)工件從奧氏(shi)體化溫度冷(lěng)卻到芯部和(hé)表層馬氏體(ti)開始形成🤟的(de)溫度之間的(de)一個溫度，然(ran)後将工件加(jiā)熱到一個較(jiao)高的溫度，并(bìng)在表層(淬硬(yìng)🔅層)冷卻和相(xiàng)變之前⛱️回火(huǒ)芯部。通過選(xuǎn)擇适當的芯(xīn)部回火循環(huán)，可将芯部熱(re)處理到所需(xū)的韌度和強(qiang)度，而不會對(dui)表層特性💁有(you)太大的影響(xiǎng)。業已證明，根(gēn)據所選擇的(de)芯部回火🧑🏽‍🤝‍🧑🏻溫(wēn)度🎯，芯部硬度(dù)應控制在30~45HRC。這(zhe)種芯部韌性(xing)以前隻能在(zai)CBS600和Prowear53才能得到(dao)，現在KSF的熱處(chù)理工藝使具(jù)有良好的耐(nai)高溫性能的(de)💜M50NiL也具有宋的(de)芯部韌性。此(ci)外，SKF研究人員(yuán)還發現這種(zhǒng)表面淬硬鋼(gāng)還具有其它(ta)一些特點💋。一(yī)是表面處理(li)。象滲氮鐵😍(FCN)這(zhè)樣的表面處(chu)理對M50NiL具有有(yǒu)利的影響，它(ta)可在不含碳(tàn)化物顯微組(zǔ)織的表面産(chan)生高壓應力(lì)區(＞1000MPa)。預期這種(zhǒng)處理方法可(kě)提高抗腐☎️蝕(shí)性、耐磨性和(he)抗表面❌引起(qǐ)疲勞的特性(xing)。二是可焊接(jie)性能。由于💰M50NiL含(han)碳量低，因🌈此(ci)，在需要将軸(zhóu)承與法蘭或(huo)其它相類似(sì)的部件或☁️材(cái)料連接起來(lai)制造單元軸(zhóu)承和複合結(jié)構部件時，可(ke)使用這種材(cai)料以降低成(cheng)本。

  目前，用M50NiL制(zhì)造的軸承正(zhèng)在世界上12種(zhǒng)不同的飛機(jī)發🏃🏻動🔴機上進(jin)行🐅試驗或應(ying)用，SKF公司處于(yú)世界領先地(di)位。

  2.陶瓷材料(liao)

  為飛機提供(gòng)動力的燃氣(qì)渦輪發動機(ji)效率極高，可(ke)使🏒飛✌️機速🍓度(dù)達到3馬赫以(yǐ)上。發動機主(zhu)軸軸承的工(gong)作條件要🤞求(qiu)非常高，預計(jì)主軸轉速要(yao)超過30000轉/分，軸(zhou)承最高極限(xiàn)溫度約800~900℃。從研(yan)究可以看出(chu)，在650℃以上的工(gong)作溫度以使(shǐ)用高溫合金(jin)材料，要想得(dé)到長壽命，希(xi)🍓望渺茫，而陶(táo)瓷材料為軸(zhou)承工作溫度(dù)提高到明顯(xiǎn)高于650℃帶來了(le)希望。

  SKF通過研(yán)究，選出了一(yi)組可以滿足(zú)超高溫軸承(cheng)工作要求的(de)高👉性能陶瓷(ci)材料，在1100℃以上(shàng)高溫條件下(xià)，這些陶瓷材(cái)料中，有一種(zhong)性能⚽最佳，這(zhè)就是過去十(shí)年裡人們研(yán)制出的熱壓(ya)氮化矽或🥰等(deng)壓氮化矽(Si3N4)。氮(dàn)化矽之所以(yǐ)是理想的材(cai)料，是因為它(ta)具有良好的(de)高溫強度和(hé)硬度，以及有(you)利的✔️強度/重(zhong)量關㊙️系。當潤(run)滑充分時，還(hai)具有❌極佳的(de)抗滾動疲勞(láo)特性。1984年，SKF就在(zài)美國用固體(tǐ)潤滑劑對該(gai)材料🔱進行了(le)500℃以上高溫下(xia)的長期試驗(yàn)。

  然而，氮化矽(xi)也有缺點，其(qí)中包括抗拉(la)強度低，止裂(lie)韌性差🍉和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼熱(re)🈚膨脹系數極(jí)低等。因此，要(yao)制造和應用(yòng)陶瓷軸承，還(hai)需要做大量(liàng)的研究工作(zuò)。

  目前，SKF研究人(rén)員正在對碳(tàn)化矽(SiC)、碳化钛(tai)(TiC)和氧化氮矽(xi)鋁(SiAlON)等其他一(yi)些陶瓷材料(liao)用做球和套(tào)圈材料的适(shì)👌用性進行評(píng)定，SKF已将碳化(huà)矽用于40000轉/分(fèn)的軸承試驗(yan)。碳化矽作為(wei)高溫軸承的(de)有利性能是(shì)🏃‍♂️良好的熱傳(chuan)👅導率、熱擴散(san)性和抗氧化(hua)性以及材料(liao)的高純度(幾(jǐ)👌乎不存在因(yīn)雜質造成的(de)影響)，其不利(lì)因素之一是(shi)彈性模數高(gāo)，約❗高出熱壓(yā)氮化矽50%，這一(yī)點被認為是(shì)一個潛在的(de)問題，因為它(ta)有産生高赫(he)茲接觸應力(lì)的危險。SKF研究(jiū)人員曾試圖(tu)考慮過通過(guò)👈調🏃🏻‍♂️整滾道的(de)💰曲率比來減(jian)少這方面😍的(de)影響，但這樣(yàng)做又會導緻(zhì)摩擦升熱的(de)加劇。