1.M50NiL軸承(cheng)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(zēng)長👅，dn值已達🈲到(dào)近2.5百萬。進入(ru)九十年代，航(hang)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(chéng)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(zhǒng)派生鋼種，如(ru)CRB-7和GB-42，在明顯高(gao)于目前發動(dong)機軸承的溫(wēn)度下仍能正(zhèng)常工作。但還(hai)有一個重要(yao)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(hen)🏃‍♀️少或根本沒(mei)有🤞前兆。

  為了(le)找出一種既(jì)有M50軸承鋼所(suo)具有的性能(néng)，且斷裂性更(geng)好的軸承鋼(gang)，SKF的MRC軸承公司(sī)在美國空軍(jun1)的支持下開(kāi)展了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻一系列(lie)研究工作，最(zui)終選擇了M50NiL。

  M50NiL除(chú)斷裂韌性有(yǒu)所提高外，與(yu)其它高溫淬(cuì)透軸承材料(liào)相比，顯微組(zu)織和疲勞強(qiáng)度也都很好(hǎo)。其原因之一(yī)是M50iL中沒有大(da)🌈顆粒碳化物(wù)，因此，這種鋼(gāng)對碳化物引(yǐn)起的疲勞裂(liè)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻紋不敏感。

  盡(jin)管M50NiL原料的勘(kān)探比M50容易，且(qie)材料的軋制(zhì)和鍛造更㊙️方(fāng)便，但要想得(dé)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(cuì)火和熱處理(li)工藝📧。為研究(jiu)M50NiL處理方法，SKF付(fu)出了很大的(de)努力，投入了(le)大量的資金(jin)。MRC技術人員認(rèn)為♋，通過熱處(chu)理可使這種(zhong)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(xiao)圓周應力的(de)作用⚽，從而✨提(ti)高軸承壽命(mìng)。采用SKF相奕控(kòng)制工藝，可得(dé)到較高的壓(ya)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼應力，而且淬(cui)硬深度比傳(chuan)統工藝高三(san)倍。SKF曾用傳統(tong)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(bǎi)萬時，具有良(liáng)好的止裂特(tè)性。要提高軸(zhou)承轉速和/或(huò)産生更大的(de)表面缺陷，斷(duàn)裂韌性值就(jiu)必需接近700MPa-m1/2。為(wei)了提高芯部(bu)韌性，SKF開發了(le)一種工藝，可(ke)使熱處理後(hòu)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(xian)，該工藝還可(ke)提高殘留壓(yā)應力，從而進(jìn)一步提高㊙️軸(zhóu)承的性能及(jí)可靠性。這種(zhong)工藝包括将(jiang)❌工件從奧氏(shi)體化溫度冷(lěng)卻到芯部和(hé)表層馬氏體(tǐ)開始形成⭐的(de)溫度之間的(de)一個溫度，然(rán)後将工件加(jiā)熱到一個較(jiao)高的溫度，并(bìng)在表層(淬硬(ying)層)冷卻和相(xiang)變之前回火(huǒ)芯部。通過選(xuan)擇适📧當的芯(xīn)部回火💚循環(huan)，可将🚩芯部熱(rè)處理到所需(xū)的韌度和強(qiáng)度，而不會對(dui)表層特性有(you)🍓太大的影響(xiang)。業已證明✍️，根(gēn)據所選擇的(de)芯部回火溫(wēn)度⛱️，芯部硬度(du)應控制在30~45HRC。這(zhe)種芯部韌性(xìng)以前隻能👅在(zài)CBS600和Prowear53才能得到(dào)，現在KSF的熱處(chu)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(yuan)還發現這種(zhǒng)表面淬✊硬鋼(gang)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(you)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(li)區(＞1000MPa)。預期這種(zhong)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(xìng)。二是可焊接(jiē)性能。由于♊M50NiL含(hán)碳量低，因此(ci)，在需要将軸(zhou)承與法蘭或(huo)其它相類似(si)的部件或材(cái)料連接起來(lái)制造單元軸(zhou)承和複合結(jié)構部件時，可(ke)使🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用這種材(cái)料以降低成(chéng)本。

  目前，用M50NiL制(zhì)造的軸承正(zheng)在世界上12種(zhǒng)不同的飛機(jī)發動機上進(jìn)行試驗或應(yīng)用，SKF公司處于(yu)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(jī)效率極高，可(ke)使飛機速度(dù)達到3馬赫以(yi)上。發動機主(zhu)軸軸承的工(gong)作條件要求(qiú)非常高，預計(ji)主軸轉速要(yào)超過30000轉/分，軸(zhóu)承最高極限(xiàn)溫度約800~900℃。從研(yan)究可以看出(chū)，在650℃以上的工(gōng)作溫度以使(shǐ)用高溫合金(jin)材料，要想得(de)到⛹🏻‍♀️長壽命，希(xī)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(chéng)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(cai)料中，有一種(zhong)性能最佳，這(zhè)就是過去十(shi)年裡人們研(yan)⭐制出的熱壓(yā)氮化矽或等(děng)壓氮💞化矽(Si3N4)。氮(dan)化矽之所以(yǐ)是理想的材(cai)料，是因為🌍它(tā)具有良♊好的(de)高溫強度和(he)硬度，以及有(yǒu)利的📱強度/重(zhòng)量關系。當潤(run)滑充分時，還(hai)具有極佳的(de)抗滾動疲勞(lao)特性。1984年，SKF就在(zai)美國用固體(ti)潤滑劑對該(gāi)材料進行了(le)500℃以🔱上高溫下(xia)的長期試驗(yan)。

  然而，氮化矽(xī)也有缺點，其(qi)中包括抗拉(la)強度低，止裂(lie)韌性差和熱(rè)膨脹系數極(jí)低等。因此，要(yao)制造和應用(yòng)陶瓷軸承，還(hái)需要做♍大量(liàng)🌂的研究工作(zuò)。

  目前，SKF研究人(ren)員正在對碳(tàn)化矽(SiC)、碳化钛(tài)(TiC)和氧化氮矽(xi)鋁(SiAlON)等其他一(yī)些陶瓷材料(liào)用做球和套(tao)圈材料的适(shì)🐅用性進行評(ping)定，SKF已将碳化(huà)矽用于40000轉/分(fèn)的軸承試驗(yàn)。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(huà)性以及材料(liào)的高純度(幾(ji)💋乎不存在因(yin)雜質造成的(de)影響)，其不利(li)因素之一是(shì)彈性模數高(gāo)，約高出熱壓(ya)氮化矽50%，這一(yī)點被認為是(shi)一個潛在的(de)問題，因為它(tā)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(guo)調整滾道的(de)✂️曲率比來減(jiǎn)少這方面的(de)影響♊，但這樣(yang)做又會導緻(zhì)摩擦升熱的(de)加劇。