1.M50NiL軸(zhou)承鋼

  從(cóng)1955年到1980年(nian)25年間，航(háng)空發動(dòng)機軸承(chéng)的轉速(su)穩定增(zeng)長，dn值已(yǐ)達🤞到近(jin)2.5百萬。進(jin)入九十(shí)年代，航(hang)空發動(dong)機的高(gao)速和高(gāo)溫對滾(gǔn)📧動軸承(cheng)提🔱出了(le)更高的(de)要求。然(ran)而，現有(yǒu)的軸🥰承(cheng)鋼，即使(shǐ)是專用(yòng)的耐高(gāo)溫軸承(chéng)鋼，如M50，18-4-1和(he)14Cr-4Mo家族的(de)各種派(pai)生鋼種(zhong)，如CRB-7和GB-42，在(zài)明顯高(gāo)于目前(qián)發動機(ji)軸承的(de)溫度下(xià)仍能正(zhèng)常工作(zuo)。但還有(yǒu)一個重(zhòng)要的🏃‍♂️制(zhi)約因素(sù)，這就是(shi)淬透鋼(gang)軸承套(tào)圈在超(chao)高速♻️條(tiáo)件下的(de)易斷裂(liè)性，這種(zhong)故障發(fā)生時很(hěn)少或根(gen)本沒有(yǒu)前兆。

  為(wei)了找出(chu)一種既(ji)有M50軸承(chéng)鋼所具(jù)有的性(xing)能，且斷(duàn)裂性👈更(geng)🈲好的軸(zhóu)❓承鋼，SKF的(de)MRC軸承公(gōng)司在美(měi)國空軍(jun1)的支持(chi)下開展(zhǎn)了🔞一系(xi)列研究(jiu)工作，最(zui)終選擇(zé)了M50NiL。

  M50NiL除斷(duàn)裂韌性(xìng)有所提(tí)高外，與(yu)其它高(gao)溫淬透(tòu)軸承材(cái)🐉料相比(bǐ)，顯微組(zu)織和疲(pi)勞強度(du)也都很(hěn)好。其原(yuán)因之一(yī)是M50iL中沒(méi)有大顆(kē)粒碳化(hua)物，因此(ci)，這種鋼(gang)對碳化(huà)物引起(qi)的疲勞(lao)裂紋不(bu)敏感。

  盡(jin)管M50NiL原料(liào)的勘探(tàn)比M50容易(yi)，且材料(liào)的軋制(zhi)和鍛造(zao)更方便(biàn)，但要想(xiang)得到所(suǒ)需的理(li)想淬透(tòu)層、芯部(bù)顯微組(zu)織和一(yi)定的材(cái)料特🏃‍♀️性(xìng)，必❌須精(jīng)确控制(zhi)淬火和(he)熱處🈲理(li)工藝。為(wéi)研究M50NiL處(chu)理方法(fa)，SKF付出了(le)很大㊙️的(de)努力，投(tóu)入了大(dà)量的資(zi)金。MRC技術(shu)人員認(rèn)為🤩，通過(guò)熱處理(li)可使這(zhe)種材料(liào)在鄰近(jin)滾道表(biao)面處産(chǎn)生殘餘(yú)壓應力(li)，在高dn值(zhí)條件下(xia)，該應力(li)區可抵(dǐ)消圓周(zhou)應力的(de)作用🚶‍♀️，從(cong)而提高(gāo)軸承壽(shòu)命。采用(yòng)SKF相奕控(kòng)制工藝(yì)🆚，可得到(dao)較高的(de)壓應力(lì)，而且淬(cui)硬深度(du)比傳統(tong)工藝高(gao)三倍。SKF曾(ceng)用傳統(tǒng)的方法(fǎ)對M50NiL做過(guò)熱處♈理(lǐ)試驗，得(dé)出的材(cái)料斷裂(liè)韌性值(zhi)為275~350MPa-m1/2，在軸(zhóu)承傳速(su)達到dn=3百(bǎi)萬時，具(ju)有良好(hǎo)的止裂(liè)特性。要(yào)提高🐕軸(zhou)承轉速(su)和/或産(chǎn)生更大(da)的表面(miàn)缺陷，斷(duàn)裂✌️韌性(xing)值就必(bi)需接近(jin)700MPa-m1/2。為了提(tí)高芯部(bù)韌性，SKF開(kāi)發了一(yī)種工藝(yi)，可使熱(re)處理後(hòu)的M50NiL在🎯不(bú)喪失表(biǎo)面特性(xing)的情況(kuang)下得到(dào)一個特(te)定的芯(xin)部韌📐性(xing)。SKF研究人(ren)員發現(xian)，該工藝(yi)還可提(ti)高🥰殘留(liú)壓應📞力(li)，從而進(jin)一步提(ti)高軸承(cheng)的性能(neng)🏒及可靠(kao)性。這種(zhong)工藝包(bao)括将♉工(gong)件從奧(ao)氏體化(huà)溫度冷(leng)卻到芯(xīn)部🐉和表(biǎo)層馬氏(shi)體開始(shǐ)形成⚽的(de)溫度之(zhi)間的一(yi)個溫度(dù)，然後将(jiang)工件加(jiā)熱到一(yī)個較高(gao)的溫‼️度(du)，并在表(biao)層(淬硬(yìng)層)冷卻(què)和相變(biàn)之前回(huí)火芯部(bù)。通過選(xuǎn)擇适😄當(dang)的芯部(bù)回火循(xún)環，可将(jiang)芯部熱(rè)處理到(dào)所需的(de)韌度和(hé)強度，而(er)不會對(dui)表🈲層特(te)性有太(tài)大的影(yǐng)響。業已(yi)證明，根(gēn)據所選(xuǎn)擇的芯(xīn)部回火(huǒ)☁️溫度，芯(xin)部硬度(dù)應控制(zhi)在30~45HRC。這種(zhong)芯部韌(ren)性以前(qian)隻能🌂在(zài)CBS600和Prowear53才能(neng)🌈得到，現(xian)在KSF的熱(re)處理工(gong)藝使具(jù)有良好(hǎo)的耐高(gāo)溫性能(neng)的M50NiL也具(jù)有宋的(de)芯部韌(ren)性。此外(wài)，SKF研究人(ren)員還發(fa)現這⭐種(zhǒng)表面淬(cuì)硬鋼還(hái)具有其(qi)它一些(xiē)特點⭐。一(yī)是表面(mian)處理。象(xiàng)滲氮鐵(tie)(FCN)這樣的(de)表面處(chu)理對M50NiL具(ju)有🔴有利(li)的影響(xiǎng)，它可在(zai)不含碳(tàn)化🔞物顯(xiǎn)微🐉組織(zhi)的表面(miàn)産生高(gao)壓應力(lì)區(＞1000MPa)。預期(qi)這種處(chù)理方法(fa)可提高(gao)抗腐蝕(shí)性、耐磨(mó)性和抗(kàng)表面引(yin)起疲勞(láo)的特性(xing)。二是可(kě)焊接性(xìng)能。由于(yú)M50NiL含碳量(liang)低，因💃此(ci)，在需要(yao)将軸承(chéng)與法蘭(lán)或其它(ta)相類似(sì)的部件(jian)或材料(liào)連接起(qi)來制造(zao)單元軸(zhou)承和複(fu)合結構(gou)部件時(shí)，可使❌用(yòng)這種材(cái)料以降(jiang)低成本(běn)。

  目前，用(yòng)M50NiL制造的(de)軸承正(zheng)在世界(jie)上12種不(bú)同的飛(fēi)機發動(dòng)機上🥵進(jìn)行🙇‍♀️試驗(yàn)或應用(yong)，SKF公司處(chu)于世界(jiè)領先地(di)位。

  2.陶瓷(cí)材料

  為(wéi)飛機提(ti)供動力(lì)的燃氣(qì)渦輪發(fa)動機效(xiao)率極高(gāo)，可使飛(fei)機❓速度(du)達到3馬(mǎ)赫以上(shàng)。發動機(jī)主軸軸(zhou)承的工(gong)作條件(jiàn)要求非(fei)常高，預(yu)計主軸(zhóu)轉速要(yao)超過30000轉(zhuan)/分，軸承(cheng)最高極(jí)限溫🌈度(du)約800~900℃。從研(yán)究可😘以(yǐ)看出，在(zai)650℃以上的(de)工🌂作溫(wen)度以使(shǐ)用高溫(wēn)合金材(cai)料🛀，要想(xiang)得到長(zhǎng)壽命，希(xī)望渺茫(máng)，而陶瓷(ci)材料為(wei)軸承工(gōng)作溫度(du)提高到(dao)明顯🌐高(gao)于650℃帶來(lai)了希💜望(wàng)。

  SKF通過研(yan)究，選出(chu)了一組(zǔ)可以滿(man)足超高(gao)溫軸承(chéng)工作🧑🏽‍🤝‍🧑🏻要(yao)求的高(gāo)性能陶(táo)瓷材料(liào)，在1100℃以上(shang)高溫條(tiao)件下，這(zhe)些陶瓷(ci)♋材料中(zhōng)，有一種(zhǒng)性能最(zui)佳，這就(jiu)是過去(qù)十年裡(li)人們研(yán)制出的(de)熱壓氮(dan)化矽或(huò)等壓氮(dan)化矽(Si3N4)。氮(dàn)化矽之(zhi)所以是(shi)🔱理想的(de)材料，是(shi)因為它(ta)具有良(liáng)好的高(gao)溫強度(dù)和硬度(du)🔆，以及有(yǒu)利的強(qiang)度/重量(liang)關⭐系。當(dāng)潤滑充(chōng)分時，還(hai)具有極(ji)佳的抗(kàng)滾動疲(pí)勞特性(xìng)。1984年，SKF就在(zài)美國用(yong)固體潤(run)滑劑對(duì)該材料(liao)進行了(le)500℃以上高(gao)溫下的(de)長期試(shì)驗。

  然而(ér)，氮化矽(xī)也有缺(que)點，其中(zhong)包括抗(kàng)拉強度(dù)低，止裂(liè)韌性差(chà)和熱膨(peng)脹系數(shu)極低等(deng)。因此，要(yao)制造和(he)應用陶(tao)瓷軸承(cheng)，還需要(yào)做大量(liang)的研究(jiū)工作。

  目(mu)前，SKF研究(jiū)人員正(zhèng)在對碳(tàn)化矽(SiC)、碳(tan)化钛(TiC)和(hé)氧化氮(dàn)矽鋁(SiAlON)等(deng)其他一(yī)些陶瓷(cí)材料用(yong)做球和(he)套圈材(cái)料的适(shi)用性進(jin)行評定(dìng)，SKF已将碳(tan)化矽用(yong)于40000轉/分(fèn)的軸承(chéng)試驗。碳(tàn)化矽作(zuo)為高溫(wen)軸承的(de)有利♌性(xìng)能是良(liáng)好的熱(re)傳導率(lǜ)、熱擴散(sàn)性和抗(kang)氧化性(xìng)以及材(cai)料的高(gāo)純度(幾(ji)🆚乎不存(cún)在因雜(za)質造成(chéng)的影響(xiang))，其不利(li)因素之(zhī)一是彈(dàn)性模數(shu)高🌈，約高(gāo)出熱壓(yā)氮化矽(xi)50%，這一點(diǎn)被認為(wéi)是🈲一個(ge)潛在的(de)問題，因(yīn)為它有(you)産生高(gao)赫茲接(jie)觸應力(li)的💃危險(xiǎn)。SKF研究人(rén)員曾試(shì)圖考慮(lü)過通過(guò)調整滾(gǔn)道的曲(qu)率比來(lái)減少這(zhe)方面✉️的(de)影響☁️，但(dan)這樣做(zuo)又會導(dǎo)緻摩擦(cā)升熱的(de)加劇。