1.M50NiL軸承鋼

  從(cong)1955年到1980年25年間(jian)，航空發動機(ji)軸承的轉速(su)穩定增長，dn值(zhí)已達到近2.5百(bǎi)萬。進入九十(shi)年代，航空發(fa)動機的高❓速(su)和高溫對滾(gǔn)動軸承提出(chū)了更高的要(yào)求。然而，現有(you)的軸承鋼，即(ji)使是專用的(de)耐高溫軸承(cheng)鋼，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zu)的各種派生(sheng)鋼種，如CRB-7和GB-42，在(zài)明顯高于目(mù)✂️前發動機軸(zhóu)承的溫度下(xià)仍能正常工(gōng)作。但還有一(yi)個重要的制(zhì)約因素，這就(jiu)是淬透鋼軸(zhóu)承套圈在超(chāo)高速條件下(xià)的易斷裂性(xìng)，這種故障💞發(fā)生時很少或(huò)根本沒有前(qián)兆。

  為了找出(chū)一種既有M50軸(zhou)承鋼所具有(yǒu)的性能，且斷(duan)裂性更好的(de)軸📱承鋼，SKF的MRC軸(zhóu)承公司在美(mei)國空軍的支(zhi)持下開展了(le)一系列研究(jiū)工作，最終選(xuan)擇了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有所提(tí)高外，與其它(tā)高溫淬透軸(zhóu)承材料相比(bǐ)🌍，顯✏️微🐅組織和(hé)疲勞強度也(yě)都很好。其原(yuán)因之❌一是✊M50iL中(zhōng)沒有大顆粒(lì)碳化⚽物，因此(cǐ)，這種鋼對碳(tan)化物引起的(de)♈疲勞裂🍓紋不(bu)敏感。

  盡管M50NiL原(yuán)料的勘探比(bǐ)M50容易，且材料(liao)的軋制和鍛(duàn)造更💋方便，但(dàn)要想得到所(suo)需的理想淬(cuì)透層、芯部顯(xiǎn)微組織和一(yi)定☂️的材料特(te)性，必⁉️須精确(què)控制淬火和(hé)熱處理工藝(yi)。為研究M50NiL處理(li)方法，SKF付出了(le)很大🏃🏻的努力(li)，投入了大量(liang)的資金。MRC技術(shù)人員認為❌，通(tōng)過熱處理可(kě)使這☁️種材料(liao)在鄰近滾道(dao)表面處産生(shēng)殘餘壓應力(li)，在高dn值條件(jiàn)下，該應🤩力區(qu)可抵消圓周(zhōu)應力的作用(yong)👉，從而提高軸(zhou)承壽命。采用(yong)SKF相奕控制工(gong)藝，可得到較(jiao)高的壓💜應力(lì)，而且淬硬深(shen)度比傳統工(gōng)藝高三倍。SKF曾(céng)用傳統的方(fāng)法對M50NiL做過熱(re)處理試驗，得(dé)出的材料斷(duàn)裂韌🔆性值為(wei)275~350MPa-m1/2，在軸承傳🔅速(su)達到dn=3百萬時(shí)，具有良好的(de)止裂特性。要(yao)提高軸承轉(zhuan)速和/或🧡産生(sheng)更大的表面(miàn)缺陷🔅，斷裂韌(ren)性值就必需(xū)接近700MPa-m1/2。為了提(tí)高芯部韌性(xìng)，SKF開發了一種(zhong)工藝，可使熱(re)處理後的M50NiL在(zài)🔞不喪失表面(mian)特性的情況(kuàng)下得到一個(ge)特定的芯部(bu)韌性。SKF研究人(rén)員發💋現，該工(gōng)藝還可提高(gāo)💃殘留壓應🤩力(li)，從而進一步(bu)提高軸承的(de)性能及可靠(kao)性。這🚶種工藝(yi)包括将🐪工件(jiàn)從奧氏體化(huà)溫度冷卻到(dào)芯部✔️和表層(ceng)馬氏體開始(shǐ)形成的溫度(dù)之間的一個(gè)溫度，然後将(jiang)工件💁加熱到(dao)一個較高的(de)溫度，并在表(biǎo)層(淬硬層)冷(leng)卻和相變之(zhī)前回‼️火芯部(bù)。通過選擇适(shi)當的芯部回(hui)火循環，可将(jiāng)🔞芯部熱處理(li)到所需的韌(ren)度和強度，而(ér)不會對表層(céng)特性🎯有太大(da)的影響。業已(yi)證明，根據所(suo)選擇的芯部(bu)回火溫度，芯(xin)部硬度應控(kòng)制在30~45HRC。這種芯(xīn)部韌性以前(qian)隻能在CBS600和Prowear53才(cai)㊙️能得到，現在(zài)KSF的熱處理工(gong)藝使具有良(liáng)好的耐高溫(wen)性📐能的💚M50NiL也具(jù)有宋的芯部(bu)韌性。此外，SKF研(yán)究人✌️員還發(fa)現這種表面(miàn)淬硬鋼還具(ju)有其它一些(xie)特點。一是表(biao)面處理。象滲(shèn)氮鐵(FCN)這樣的(de)表面處理對(duì)M50NiL具有有利的(de)影響，它可在(zài)不含碳化物(wù)顯微組織的(de)表面産生高(gao)壓應力區(＞1000MPa)。預(yu)🌈期這種處理(li)方📱法可提高(gāo)抗腐📱蝕性、耐(nài)磨性和抗表(biao)面引起疲勞(láo)的特性🔞。二是(shi)可焊接☂️性能(néng)。由于M50NiL含碳量(liàng)低，因此，在需(xū)要将軸承與(yǔ)法蘭或其它(ta)相💋類似的部(bù)件或材料連(lian)接起來制造(zào)單元軸承和(he)複合結構部(bu)件時，可使用(yòng)這種材料以(yi)降低成本。

  目(mù)前，用M50NiL制造的(de)軸承正在世(shi)界上12種不同(tóng)的飛機發🥰動(dòng)機上進行試(shì)驗或應用，SKF公(gōng)司處于世界(jiè)領先地位。

  2.陶(táo)瓷材料

  為飛(fēi)機提供動力(lì)的燃氣渦輪(lun)發動機效率(lǜ)極高，可👄使飛(fei)🔴機速度達到(dao)3馬赫以上。發(fa)動機主軸軸(zhou)承的工作條(tiao)🔱件要求非常(chang)高，預計🎯主軸(zhóu)轉速要超過(guo)30000轉/分，軸🐇承最(zui)高極限溫度(du)約800~900℃。從研究可(kě)以看出，在650℃以(yi)上的工作溫(wēn)度以🥰使用高(gao)溫㊙️合金材料(liao)，要想得到🤟長(zhang)壽命，希❓望渺(miǎo)茫，而陶瓷材(cai)料為軸承工(gong)作溫度提高(gao)到明顯🌈高于(yú)650℃帶來了🙇🏻希望(wàng)。

  SKF通過研究，選(xuǎn)出了一組可(ke)以滿足超高(gao)溫軸承工作(zuo)要求㊙️的高性(xìng)能陶瓷材料(liào)，在1100℃以上高溫(wēn)條件下，這些(xie)陶瓷🔴材料中(zhōng)，有一種性能(neng)㊙️最佳，這就是(shì)過去十年裡(li)🧡人們研制出(chu)的熱壓氮化(hua)矽或等壓氮(dan)化矽(Si3N4)。氮化矽(xi)❗之所以是理(lǐ)想的材料，是(shi)因為它具有(you)良好的高溫(wēn)強度和硬度(du)，以及有利的(de)強度/重量關(guan)系。當潤滑充(chōng)分時，還具有(yǒu)極佳的抗滾(gǔn)動疲勞特性(xìng)。1984年，SKF就在🚶‍♀️美國(guo)用固體潤滑(hua)劑對該材料(liào)🏃進行了500℃以上(shàng)高溫下的長(zhǎng)期試驗。

  然而(er)，氮化矽也有(you)缺點，其中包(bāo)括抗拉強度(du)低，止裂韌性(xìng)差和🔞熱膨脹(zhang)系數極低等(deng)。因此，要制造(zào)和應用🈲陶瓷(cí)軸承，還需要(yao)做🈲大量♈的研(yán)究工作。

  目前(qian)，SKF研究人員正(zhèng)在對碳化矽(xī)(SiC)、碳化钛(TiC)和氧(yang)化氮矽鋁(SiAlON)等(deng)其他一些陶(tao)瓷材料用做(zuò)球和套圈材(cái)料的适用性(xing)進行評定，SKF已(yi)将碳化矽用(yong)于40000轉/分的軸(zhóu)承試驗。碳化(hua)矽作為高溫(wēn)軸承的有利(lì)性能是🈲良好(hǎo)的熱傳導率(lǜ)、熱擴散性和(he)抗氧化性以(yi)🐪及材料的高(gao)純度(幾乎不(bu)存在因雜質(zhì)造成的影響(xiang))，其不利因素(sù)之一是彈性(xìng)模數高，約高(gao)出熱壓氮化(hua)矽50%，這一點被(bèi)認為是💛一個(gè)潛在的問題(ti)，因為它有産(chan)生高赫茲接(jiē)觸應力的危(wēi)險。SKF研究人員(yuan)曾試圖考慮(lü)過通過調⭐整(zheng)滾道的曲率(lǜ)比來減少這(zhè)方面的影響(xiǎng)，但這樣做又(you)會導緻摩擦(ca)升熱的加劇(jù)。