1.M50NiL軸承鋼

  從1955年(nian)到1980年25年間，航空發(fā)動機軸承的轉速(su)穩定增長，dn值已㊙️達(da)⭐到近2.5百萬。進入九(jiu)十年代，航空發動(dòng)機的高速和高溫(wen)對滾♌動軸💯承提出(chū)了更高的要求。然(rán)而，現💛有的軸承鋼(gāng)，即使是專☀️用的耐(nài)高溫軸承鋼，如M50，18-4-1和(hé)14Cr-4Mo家族的各種派生(shēng)鋼種，如CRB-7和GB-42，在明☎️顯(xian)高于目前發動機(jī)☂️軸承的溫度下仍(reng)能正常🌈工作。但還(hái)有一個重要的制(zhì)約因素，這就是淬(cui)透鋼軸承套圈在(zài)超高速條件下的(de)易斷🔞裂性，這🍉種故(gu)障發生時很少或(huo)根本沒有前💛兆。

  為(wéi)了找出一種既有(yǒu)M50軸承鋼所具有的(de)性能，且斷裂性更(geng)好✌️的軸承鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司在美國空(kōng)軍的支持下開✂️展(zhǎn)了一系列研究工(gong)作，最終選擇了M50NiL。

  M50NiL除(chu)斷裂韌性有所提(tí)高外，與其它高溫(wēn)淬透軸承材料相(xiang)比，顯微組織和疲(pí)勞強度也都很好(hǎo)。其原因之一是M50iL中(zhong)沒有大顆粒碳化(huà)物，因此，這種鋼對(dui)碳化物引起的😍疲(pi)勞裂❄️紋不敏感。

  盡(jin)管M50NiL原料的勘探比(bi)M50容易，且材料的軋(zhá)制和鍛造更方便(biàn)，但要想⁉️得到所需(xu)的理想淬透層、芯(xin)部顯微組織和一(yi)定的材料特性，必(bi)🤟須精确控制淬火(huǒ)和熱處⁉️理工藝。為(wei)研究M50NiL處理方👣法，SKF付(fù)出了很大的努力(lì)，投入了大量的資(zi)金。MRC技術人員認為(wei)，通過熱處理可使(shi)這🐉種材料在鄰近(jin)滾道表面處産生(sheng)殘餘壓應力，在高(gao)🔞dn值條件下，該應力(lì)區可抵消圓周應(ying)力的作用，從而提(tí)高軸承壽命。采用(yong)SKF相奕控制工藝☁️，可(ke)得到較高的壓✏️應(ying)力，而且淬硬深度(du)比傳統工藝高三(sān)倍。SKF曾用傳🧑🏾‍🤝‍🧑🏼統的方(fāng)法對M50NiL做過熱處💁理(li)試驗🔱，得出的材料(liào)斷裂韌性值為275~350MPa-m1/2，在(zai)軸承傳速達到dn=3百(bai)萬時，具有良好的(de)止裂特性。要提高(gāo)軸承轉速和🏃‍♂️/或産(chan)生更大的表面缺(quē)陷，斷裂韌性值就(jiu)必需接近700MPa-m1/2。為了提(tí)高芯部韌性，SKF開發(fa)了一種工藝，可使(shǐ)熱處理後的M50NiL在不(bú)喪失表面特性的(de)情況下得到💜一個(gè)特定的芯部韌性(xìng)。SKF研究人員發🔞現，該(gai)工藝還可提高♉殘(cán)留壓應力，從而進(jin)一步提高💃軸承🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)性能及可靠性。這(zhe)種工藝包括将工(gōng)件從奧氏體化溫(wēn)度冷卻到芯部和(hé)表層馬氏體開始(shi)形成的溫度之間(jiān)的一個溫度，然後(hòu)将工件加熱到一(yī)個💋較高的溫度，并(bing)在表層(淬硬🔱層)冷(leng)卻和相變之前回(huí)📧火芯部。通過選擇(zé)适當的芯部回火(huo)循環，可将芯部🐅熱(re)處理到所需的韌(rèn)度和強度，而不會(hui)對表層特性有太(tài)大的影響。業已證(zhèng)明，根據所選擇的(de)芯部回火🔴溫度📐，芯(xīn)部硬度應控制在(zài)30~45HRC。這種芯部韌性以(yi)前隻能💜在CBS600和Prowear53才🐉能(neng)❤️得到，現在KSF的熱處(chu)理工藝使具有良(liáng)好的耐高溫性能(néng)的👈M50NiL也具有宋的芯(xin)部韌性。此外，SKF研究(jiu)人員還發現這種(zhǒng)表面淬硬鋼還具(ju)有其它一些特點(diǎn)。一是表面處理。象(xiang)滲氮鐵🔅(FCN)這樣的表(biǎo)面處理對M50NiL具有有(yǒu)利的影響，它可在(zai)不含碳化物顯微(wei)組💛織的表面産生(shēng)高壓應力區(＞1000MPa)。預期(qī)這種處理方💚法可(ke)提高🔴抗腐蝕性、耐(nài)磨性和抗表面引(yǐn)起疲勞的特性。二(er)是可焊接性能。由(yóu)于M50NiL含碳量低，因此(cǐ)，在需要将軸承與(yǔ)法蘭或其它相類(lei)似的部件或材料(liao)連接起來制造單(dān)元軸承和複合結(jie)構部件時，可使✊用(yong)這種材料以降低(dī)成本。

  目前，用M50NiL制造(zao)的軸承正在世界(jiè)上12種不同的飛機(ji)發動機💚上進行試(shì)驗或應用，SKF公司處(chù)于世界領先地位(wei)。

  2.陶瓷材料

  為飛機(ji)提供動力的燃氣(qì)渦輪發動機效率(lü)極高，可使飛機速(su)🛀🏻度達到3馬赫以上(shàng)。發動機主軸軸承(chéng)的工作條件要求(qiu)非常高，預計主軸(zhóu)轉速要超過30000轉/分(fèn)，軸承最高極限溫(wen)度約800~900℃。從研究可以(yi)看出，在650℃以上的工(gong)👣作溫度以💃🏻使用高(gāo)溫合金材料，要想(xiǎng)得到長壽命，希💃🏻望(wàng)渺茫，而陶瓷材料(liao)為軸承工作溫度(dù)提高到明顯高于(yu)650℃帶來了希望。

  SKF通過(guò)研究，選出了一組(zǔ)可以滿足超高溫(wen)軸承工作要求的(de)高性能陶瓷材料(liao)，在1100℃以上高溫條件(jian)下，這些陶瓷材料(liào)✊中，有🌏一種性能最(zui)佳，這就是過去十(shi)年裡✊人們研制出(chu)的熱壓氮化矽或(huo)等壓氮化矽(Si3N4)。氮化(huà)矽㊙️之所以是理想(xiang)的材料，是因為它(tā)具有良好的高溫(wen)強度和硬度，以及(ji)有利的強度/重量(liang)關系。當潤滑充🚩分(fen)時，還具有極佳的(de)抗滾動疲勞特性(xìng)。1984年，SKF就在美國用固(gu)體潤滑劑對該材(cái)料㊙️進行了500℃以上高(gao)溫下的長期試驗(yàn)。

  然而，氮化矽也有(yǒu)缺點，其中包括抗(kang)拉強度低，止裂韌(ren)性差和熱膨脹系(xi)數極低等。因此，要(yao)制造和應用📞陶瓷(cí)軸承，還需要做大(da)量的研究工作。

  目(mu)前，SKF研究人員正在(zai)對碳化矽(SiC)、碳化钛(tai)(TiC)和氧化氮矽💰鋁💔(SiAlON)等(deng)☔其🌐他♉一些陶瓷材(cai)料用做球和套圈(quan)材料的适用性進(jìn)行🚶‍♀️評定，SKF已将碳化(hua)矽用于40000轉/分的軸(zhou)承試驗。碳化矽作(zuò)為高溫軸承的有(you)利性能是良好的(de)熱傳導率、熱擴散(sàn)性和抗😘氧化性以(yi)及材料的高純度(dù)(幾乎不存在因雜(zá)質造成的🌈影響)，其(qi)不利因素之一是(shi)❄️彈性模數高，約高(gāo)出熱壓氮化矽50%，這(zhè)一點被認為是🐪一(yī)個潛在的問題，因(yin)為它✊有産生高赫(hè)茲接觸應力的危(wei)險。SKF研究人員曾🏃🏻‍♂️試(shi)圖考慮過通過調(diao)整滾道的☂️曲率比(bi)來減少這方面的(de)影響，但這樣做又(yòu)會導緻摩擦升熱(rè)的加劇。