1.M50NiL軸承鋼(gang)

  從1955年到(dao)1980年25年間(jian)，航空發(fa)動機軸(zhou)承的轉(zhuan)速穩定(ding)增長💋，dn值(zhi)已⛱️達🌈到(dao)⛱️近2.5百萬(wan)。進入九(jiu)十年代(dai)，航空發(fa)動機的(de)高速和(he)高溫對(dui)滾🈲動軸(zhou)承提出(chu)了更高(gao)的要求(qiu)。然而，現(xian)⚽有的軸(zhou)承鋼，即(ji)使是專(zhuan)用的耐(nai)高溫軸(zhou)承鋼，如(ru)M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zu)的各種(zhong)派生鋼(gang)種♌，如CRB-7和(he)GB-42，在明⭐顯(xian)高于目(mu)前發動(dong)機軸承(cheng)的溫度(du)下仍能(neng)正常工(gong)作。但還(hai)有一個(ge)重要的(de)制約因(yin)素，這就(jiu)✔️是淬透(tou)鋼軸承(cheng)套圈在(zai)超高速(su)條件下(xia)的易斷(duan)裂性，這(zhe)種故障(zhang)發生時(shi)很少或(huo)根本沒(mei)有前兆(zhao)。

  為了找(zhao)出一種(zhong)既有M50軸(zhou)承鋼所(suo)具有的(de)性能，且(qie)斷裂性(xing)更🍓好📧的(de)軸承鋼(gang)，SKF的MRC軸承(cheng)公司在(zai)美國空(kong)軍的支(zhi)持下開(kai)展了一(yi)系列研(yan)究工作(zuo)，最終選(xuan)擇了M50NiL。

  M50NiL除(chu)斷裂韌(ren)性有所(suo)提高外(wai)，與其它(ta)高溫淬(cui)透軸承(cheng)材料相(xiang)比，顯💜微(wei)組織和(he)疲勞強(qiang)度也都(dou)很好。其(qi)原因之(zhi)㊙️一是M50iL中(zhong)沒💃🏻有大(da)顆粒碳(tan)化物，因(yin)此，這種(zhong)鋼對碳(tan)化物引(yin)起的♻️疲(pi)勞裂♊紋(wen)不敏🧑🏾‍🤝‍🧑🏼感(gan)。

  盡管M50NiL原(yuan)料的勘(kan)探比M50容(rong)易，且材(cai)料的軋(zha)制和鍛(duan)造更☁️方(fang)便，但❗要(yao)🈲想得到(dao)所需的(de)理想淬(cui)透層、芯(xin)部顯微(wei)組織和(he)一定的(de)材料特(te)💁性，必須(xu)精确控(kong)制淬火(huo)和熱處(chu)理工藝(yi)。為研究(jiu)M50NiL處理方(fang)法，SKF付出(chu)了很大(da)的努力(li)，投入了(le)大量的(de)🌈資金。MRC技(ji)術人員(yuan)認為，通(tong)過熱處(chu)📱理可使(shi)這種材(cai)料在鄰(lin)近滾道(dao)表面處(chu)産生殘(can)餘壓應(ying)力，在高(gao)dn值條件(jian)下，該應(ying)⭐力區可(ke)抵消圓(yuan)周應力(li)的作用(yong)，從而提(ti)高軸承(cheng)壽命。采(cai)用SKF相奕(yi)🔅控制工(gong)藝，可得(de)到較高(gao)的壓應(ying)力，而且(qie)淬硬深(shen)度比傳(chuan)統工藝(yi)高🧑🏾‍🤝‍🧑🏼三倍(bei)。SKF曾用傳(chuan)🌍統的方(fang)法對M50NiL做(zuo)過熱處(chu)理試驗(yan)，得出的(de)材料斷(duan)裂韌性(xing)值為275~350MPa-m1/2，在(zai)軸承傳(chuan)速達到(dao)dn=3百萬時(shi)，具有良(liang)好的止(zhi)裂特性(xing)。要提高(gao)❓軸承轉(zhuan)速和/或(huo)産生更(geng)大的表(biao)面缺陷(xian)💚，斷裂韌(ren)性值就(jiu)必需接(jie)近700MPa-m1/2。為了(le)提高芯(xin)部韌性(xing)，SKF開發了(le)一種工(gong)藝，可使(shi)熱處理(li)後的M50NiL在(zai)不喪🍉失(shi)表面特(te)性的情(qing)況下得(de)到一個(ge)🔞特定的(de)芯部韌(ren)📞性。SKF研究(jiu)人員發(fa)現，該工(gong)藝還可(ke)提高殘(can)留壓應(ying)力，從而(er)進一步(bu)提高軸(zhou)承的性(xing)能及可(ke)靠性。這(zhe)🈚種工藝(yi)包括将(jiang)工件從(cong)奧氏體(ti)化溫度(du)🐉冷卻到(dao)芯部和(he)表層馬(ma)氏體開(kai)始形成(cheng)👉的溫度(du)之間的(de)一個溫(wen)度，然後(hou)将工件(jian)加熱到(dao)一個較(jiao)高的溫(wen)度，并在(zai)表層(淬(cui)硬層)冷(leng)卻和相(xiang)變之前(qian)回✌️火芯(xin)部。通過(guo)選擇适(shi)當的芯(xin)部回火(huo)循環，可(ke)将芯部(bu)🈲熱處理(li)到所需(xu)的韌度(du)和強度(du)，而不會(hui)對表層(ceng)特性📞有(you)太大的(de)影響。業(ye)已證明(ming)，根據所(suo)選擇的(de)芯部回(hui)火👄溫度(du)💯，芯部硬(ying)度應控(kong)制在30~45HRC。這(zhe)種芯部(bu)韌⭐性以(yi)前隻能(neng)💁在CBS600和Prowear53才(cai)能得到(dao)，現在KSF的(de)熱處理(li)工藝使(shi)具有良(liang)好的耐(nai)高溫性(xing)能的M50NiL也(ye)具有宋(song)的芯部(bu)韌性。此(ci)外，SKF研究(jiu)人員還(hai)發現這(zhe)種表面(mian)淬硬鋼(gang)還具有(you)其它一(yi)些特點(dian)。一是表(biao)面處理(li)。象滲氮(dan)鐵🐇(FCN)這樣(yang)㊙️的表面(mian)處理對(dui)M50NiL具有有(you)利的影(ying)響，它可(ke)在不含(han)碳化物(wu)顯微組(zu)織的表(biao)面産生(sheng)高壓應(ying)力區(＞1000MPa)。預(yu)期這種(zhong)處理方(fang)法可提(ti)高抗腐(fu)☂️蝕性、耐(nai)磨性和(he)抗表面(mian)引起疲(pi)勞的特(te)性。二是(shi)可焊接(jie)性能。由(you)于M50NiL含碳(tan)量低，因(yin)此，在需(xu)要将軸(zhou)承與法(fa)蘭或其(qi)它相類(lei)似的部(bu)件或材(cai)料連接(jie)起來制(zhi)造單元(yuan)軸承和(he)複合結(jie)構部件(jian)時，可使(shi)用這種(zhong)💃材料以(yi)降低成(cheng)本。

  目前(qian)，用M50NiL制造(zao)的軸承(cheng)正在世(shi)界上12種(zhong)不同的(de)飛機發(fa)動機上(shang)進行試(shi)驗或應(ying)用，SKF公司(si)處于世(shi)界領先(xian)地位。

  2.陶(tao)瓷材料(liao)

  為飛機(ji)提供動(dong)力的燃(ran)氣渦輪(lun)發動機(ji)效率極(ji)高，可使(shi)飛機速(su)度💞達到(dao)3馬赫以(yi)上。發動(dong)機主軸(zhou)軸承的(de)工作條(tiao)件要🌂求(qiu)非常高(gao)，預計主(zhu)軸轉速(su)要超過(guo)30000轉/分，軸(zhou)承最高(gao)極限溫(wen)度約800~900℃。從(cong)研究可(ke)以看出(chu)，在650℃以上(shang)的工作(zuo)溫度以(yi)使用高(gao)溫合金(jin)材料💚，要(yao)想得到(dao)長壽命(ming)，希望渺(miao)茫，而陶(tao)瓷材料(liao)為軸承(cheng)工作溫(wen)度提高(gao)到明顯(xian)💚高于650℃帶(dai)來了希(xi)望。

  SKF通過(guo)研究，選(xuan)出了一(yi)組可以(yi)滿足超(chao)高溫軸(zhou)承工作(zuo)要求🈲的(de)高性能(neng)陶瓷材(cai)料，在1100℃以(yi)上高溫(wen)條件下(xia)，這些陶(tao)瓷🔞材料(liao)🔞中，有🌏一(yi)種性能(neng)最佳，這(zhe)就是過(guo)去十年(nian)裡🔞人們(men)研制出(chu)的⚽熱壓(ya)氮化矽(xi)或🔞等壓(ya)氮💔化矽(xi)(Si3N4)。氮化矽(xi)之所以(yi)是理想(xiang)的材☂️料(liao)，是因為(wei)它具有(you)良好的(de)高溫✌️強(qiang)度和硬(ying)度，以及(ji)有利的(de)強度/重(zhong)量關系(xi)。當潤滑(hua)充♌分時(shi)，還具有(you)極佳的(de)抗滾動(dong)疲勞特(te)性。1984年，SKF就(jiu)在美國(guo)用固體(ti)潤滑劑(ji)對該材(cai)料進行(hang)了500℃以上(shang)高溫下(xia)的長🔞期(qi)試驗。

  然(ran)而，氮化(hua)矽也有(you)缺點，其(qi)中包括(kuo)抗拉強(qiang)度低，止(zhi)裂韌🤞性(xing)差和熱(re)膨脹系(xi)數極低(di)等。因此(ci)，要制造(zao)和應用(yong)陶瓷🤩軸(zhou)承，還需(xu)要做⛷️大(da)量的研(yan)究工作(zuo)。

  目前，SKF研(yan)究人員(yuan)正在對(dui)碳化矽(xi)(SiC)、碳化钛(tai)(TiC)和氧化(hua)氮矽鋁(lü)(SiAlON)等其❤️他(ta)🌈一些陶(tao)瓷材料(liao)用做球(qiu)和套圈(quan)材料的(de)适用性(xing)進行🙇‍♀️評(ping)定，SKF已将(jiang)碳化矽(xi)用于40000轉(zhuan)/分的軸(zhou)承試驗(yan)。碳化矽(xi)作為高(gao)溫軸承(cheng)的有利(li)性能是(shi)良好的(de)熱傳導(dao)率、熱擴(kuo)散性和(he)抗氧化(hua)性以及(ji)材料的(de)高純度(du)(幾🔴乎不(bu)存在因(yin)雜質造(zao)成的影(ying)響)，其不(bu)利因素(su)之一是(shi)彈性模(mo)數高，約(yue)高出熱(re)壓氮化(hua)矽50%，這一(yi)點被認(ren)為是一(yi)個潛在(zai)的問題(ti)，因為它(ta)有産生(sheng)高赫茲(zi)接觸應(ying)力的危(wei)險。SKF研究(jiu)人員曾(ceng)試圖考(kao)慮過通(tong)過調🛀🏻整(zheng)滾道的(de)曲率比(bi)來減少(shao)這方面(mian)的影響(xiang)，但這樣(yang)做又會(hui)👈導緻🈲摩(mo)擦升熱(re)的加劇(ju)。