1.M50NiL軸承(cheng)鋼

  從1955年(nian)到1980年25年(nián)間，航空(kōng)發動機(jī)軸承的(de)轉速穩(wěn)定增長(zhang)，dn值已達(da)到近2.5百(bǎi)萬。進入(rù)九十年(nián)代，航空(kong)發動機(ji)的高速(su)和高溫(wēn)對滾☎️動(dòng)軸承提(tí)出了更(gèng)高的要(yao)求。然而(er)，現有的(de)軸🧑🏾‍🤝‍🧑🏼承鋼(gang)，即使是(shi)專用的(de)耐高溫(wēn)軸承鋼(gāng)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家(jiā)♋族的各(gè)種派生(shēng)鋼種👨‍❤️‍👨，如(ru)CRB-7和GB-42，在明(míng)✨顯高于(yu)目🙇🏻前發(fā)動機軸(zhóu)承的溫(wēn)度下仍(reng)能正常(chang)工作。但(dàn)還有一(yi)個重要(yào)的🔴制約(yue)因素，這(zhe)就是淬(cui)透鋼軸(zhóu)承套圈(quan)在超高(gao)速條件(jian)🌍下的易(yi)斷裂性(xìng)，這種故(gu)障發生(sheng)時很少(shǎo)或根本(běn)沒有✨前(qian)兆。

  為了(le)找出一(yi)種既有(you)M50軸承鋼(gang)所具有(yǒu)的性能(neng)，且斷裂(liè)💜性更🤟好(hao)的軸承(cheng)鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司(si)在美國(guo)空軍的(de)支持🆚下(xia)開展了(le)♉一系列(lie)研究工(gōng)🥵作，最終(zhōng)選擇了(le)M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有(you)所提高(gao)外，與其(qí)它高溫(wēn)淬透軸(zhóu)承材料(liao)相⭐比，顯(xiǎn)微組織(zhī)和疲勞(lao)強度也(ye)都很好(hao)。其原因(yin)之❤️一是(shì)M50iL中沒有(yǒu)大顆粒(lì)碳化物(wù)，因此，這(zhè)種鋼對(duì)碳化物(wù)引起的(de)疲勞裂(lie)紋不敏(min)感。

  盡管(guan)M50NiL原料的(de)勘探比(bǐ)M50容易，且(qiě)材料的(de)軋制和(hé)鍛造更(geng)🔱方便，但(dàn)⛹🏻‍♀️要想得(de)到所需(xū)的理想(xiang)淬透層(ceng)、芯部顯(xian)微組織(zhi)和一定(dìng)☀️的材🎯料(liào)特⚽性，必(bi)須精确(que)控制淬(cuì)火和熱(rè)處理工(gōng)藝。為研(yan)究M50NiL處理(li)方🧑🏾‍🤝‍🧑🏼法，SKF付(fù)出了很(hěn)大的努(nǔ)力，投入(ru)了大量(liàng)的資金(jin)。MRC技術人(rén)員認為(wei)，通過熱(re)處🔆理可(ke)使這種(zhong)材料在(zài)鄰近滾(gun)道表面(mian)處産生(shēng)殘餘壓(yā)應力，在(zai)高⛱️dn值條(tiáo)件下，該(gāi)應力區(qū)可抵消(xiāo)圓周應(ying)力的作(zuò)用，從而(er)提高軸(zhou)承壽命(ming)。采用SKF相(xiàng)奕📐控制(zhi)工藝💁，可(kě)得到較(jiao)高的壓(ya)應力，而(er)且淬硬(yìng)深度比(bǐ)傳統工(gōng)藝高三(sān)倍。SKF曾用(yong)傳統的(de)方法對(dui)M50NiL做過熱(re)處理試(shì)驗，得出(chū)的材料(liào)斷裂韌(rèn)性值為(wéi)275~350MPa-m1/2，在軸承(cheng)傳速達(da)到dn=3百萬(wàn)時，具有(yǒu)良好的(de)止裂特(te)性。要提(ti)高軸承(chéng)轉速和(hé)/或⛹🏻‍♀️産生(shēng)更大的(de)表面缺(quē)陷，斷裂(liè)韌性值(zhí)就必需(xū)接近700MPa-m1/2。為(wei)了提高(gao)芯部韌(rèn)性，SKF開發(fa)了一種(zhǒng)工藝，可(ke)使熱處(chù)理後的(de)M50NiL在不喪(sang)失表面(mian)特性的(de)情況下(xià)得到一(yi)個特定(ding)的芯部(bù)韌性。SKF研(yán)究人員(yuán)💜發現，該(gai)工藝還(hai)可提高(gāo)殘留壓(yā)應力，從(cóng)而🔱進一(yi)步提高(gao)⚽軸承的(de)性能及(ji)可靠性(xing)。這種工(gōng)藝包括(kuò)将💁工件(jiàn)從奧氏(shì)體化溫(wen)度冷卻(què)到芯部(bù)和表層(ceng)馬氏體(ti)開始形(xíng)成的溫(wen)度之間(jian)的一個(ge)溫度，然(rán)後将工(gōng)件💯加熱(rè)到一個(gè)較高的(de)溫度，并(bìng)在表層(céng)(淬硬層(céng))冷卻和(hé)相🥰變之(zhī)前🔞回火(huo)芯部。通(tōng)過選擇(ze)适當的(de)芯部回(huí)火循環(huán)，可将芯(xin)部👉熱處(chu)理到所(suǒ)需的韌(ren)度和強(qiáng)度，而不(bú)會對表(biao)層特性(xìng)有太大(dà)的影響(xiǎng)。業已證(zhèng)明，根據(jù)所選擇(zé)的芯部(bu)回火㊙️溫(wen)度🏒，芯部(bu)硬度應(yīng)控制在(zài)30~45HRC。這種芯(xīn)部韌🈲性(xing)以前隻(zhi)能在CBS600和(hé)Prowear53才能得(de)到，現在(zài)KSF的熱處(chu)理工藝(yì)使具有(yǒu)良好的(de)耐高溫(wen)性能的(de)M50NiL也具有(you)宋的芯(xin)部韌性(xìng)。此外，SKF研(yán)究人員(yuan)還發現(xian)這🏃‍♀️種表(biao)面✌️淬硬(ying)鋼還具(jù)有其它(ta)一些特(te)點。一是(shì)表面處(chù)理。象滲(shen)氮鐵(FCN)這(zhe)樣的表(biao)面處理(lǐ)對M50NiL具有(yǒu)有利的(de)影響，它(ta)可在不(bu)含碳化(hua)物顯微(wēi)👌組織的(de)表面産(chǎn)生高壓(ya)應力區(qū)(＞1000MPa)。預期這(zhe)種處理(li)方法可(ke)提高抗(kàng)腐蝕性(xing)、耐磨性(xìng)和抗表(biǎo)面引起(qi)疲勞的(de)特性。二(èr)是可焊(han)接性能(néng)。由☀️于M50NiL含(hán)碳量低(di)，因此，在(zai)需要将(jiang)軸承與(yǔ)法蘭或(huò)其它相(xiang)☁️類似的(de)部件或(huò)材料連(lián)接起來(lai)制造單(dān)元軸承(cheng)和複合(he)結構部(bù)件時，可(kě)使用這(zhe)種材料(liao)以降低(di)💘成本。

  目(mù)前，用M50NiL制(zhì)造的軸(zhóu)承正在(zai)世界上(shang)12種不同(tong)的飛機(jī)發👣動機(jī)上進行(hang)👨‍❤️‍👨試驗或(huo)應用，SKF公(gong)司處于(yu)世界領(ling)先地位(wei)。

  2.陶瓷材(cái)料

  為飛(fei)機提供(gong)動力的(de)燃氣渦(wo)輪發動(dong)機效率(lü)極高，可(kě)使飛機(ji)速度達(da)到3馬赫(he)以上。發(fa)動機主(zhu)軸軸承(cheng)的工作(zuò)條📱件要(yao)求非❌常(cháng)高☎️，預計(ji)主軸轉(zhuan)速要超(chāo)過30000轉/分(fèn)，軸承最(zuì)高🈚極限(xian)溫度約(yue)800~900℃。從研究(jiū)可以看(kan)出，在650℃以(yǐ)上的工(gong)作溫度(du)以✉️使用(yong)高溫合(he)金材料(liào)，要想得(de)到長壽(shou)命，希♊望(wàng)渺茫，而(er)陶瓷材(cái)料為軸(zhóu)承工作(zuò)溫度提(tí)高到明(míng)顯🛀🏻高于(yú)650℃帶來了(le)希望。

  SKF通(tōng)過研究(jiu)，選出了(le)一組可(kě)以滿足(zu)超高溫(wen)軸承工(gong)作要求(qiu)的高性(xìng)能陶瓷(cí)材料，在(zài)1100℃以上高(gao)溫條件(jian)下，這些(xiē)陶瓷材(cai)料中，有(you)一種性(xìng)能最佳(jiā)，這就是(shì)過去十(shi)年裡人(rén)們研制(zhi)出的熱(re)壓氮化(hua)矽或等(deng)壓氮化(huà)矽(Si3N4)。氮化(huà)矽之所(suo)以是🌍理(li)想的材(cai)料，是因(yīn)為⛱️它具(jù)有良好(hao)的高溫(wen)強度和(hé)硬度，以(yǐ)及有利(lì)的強度(dù)/重量關(guān)系。當潤(rùn)滑充分(fen)時，還具(jù)有🙇🏻極佳(jiā)的抗滾(gun)動疲勞(lao)特性。1984年(nián)，SKF就在美(měi)國用固(gù)體潤滑(hua)劑對該(gai)材料進(jin)行了500℃以(yǐ)上高溫(wen)下的長(zhang)期試驗(yàn)。

  然而，氮(dàn)化矽也(ye)有缺點(dian)，其中包(bāo)括抗拉(la)強度低(di)，止裂✨韌(ren)性差🎯和(hé)熱膨脹(zhang)系數極(jí)低等。因(yin)此，要制(zhi)造和應(yīng)用陶瓷(cí)軸承，還(hai)需要做(zuo)大量的(de)研究工(gōng)作。

  目前(qian)，SKF研究人(rén)員正在(zài)對碳化(huà)矽(SiC)、碳化(huà)钛(TiC)和氧(yang)化氮矽(xī)鋁(SiAlON)等其(qí)他一些(xie)陶瓷材(cai)料用做(zuo)球和套(tào)圈材料(liào)的适用(yòng)性進行(háng)🌈評定，SKF已(yi)将碳化(hua)🙇‍♀️矽用于(yú)40000轉/分的(de)軸承試(shì)驗。碳化(hua)矽☂️作為(wei)高溫軸(zhou)承🥵的有(you)利性能(neng)是良好(hao)的熱傳(chuan)導率、熱(re)擴散性(xing)和抗氧(yang)化性以(yi)及材料(liào)的高純(chun)度(幾🙇🏻乎(hū)不存在(zai)因雜質(zhì)造成的(de)影響)，其(qí)不利因(yīn)素之一(yī)是彈性(xìng)模數高(gāo)，約高出(chu)熱壓氮(dan)化矽50%，這(zhe)一點被(bèi)認為是(shi)一個潛(qián)在💚的問(wèn)題，因為(wei)它有産(chan)生高赫(hè)茲接觸(chù)應力的(de)危險。SKF研(yan)究人員(yuán)曾試圖(tu)考慮過(guo)通過調(diao)整滾道(dào)的曲率(lǜ)比來減(jian)少這方(fang)面的影(ying)響，但這(zhè)樣做又(you)會導緻(zhi)摩擦升(shēng)熱的加(jiā)劇。