1.M50NiL軸承鋼(gāng)

  從1955年到1980年25年間，航(hang)空發動機軸承的(de)轉速穩定增長，dn值(zhí)已達到🐪近2.5百萬。進(jin)入九十年代，航空(kong)發動機的高速和(hé)高溫對滾動軸承(cheng)提出了更高的要(yào)求。然而，現有的軸(zhou)✨承鋼，即使是專🍉用(yong)的耐🔞高溫軸🛀🏻承鋼(gang)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族的各種(zhǒng)派生鋼種，如CRB-7和GB-42，在(zài)明⁉️顯高于目前發(fā)動機軸承的溫度(dù)🌐下仍能正常工作(zuò)。但還有一個重要(yao)的💃制約因素，這就(jiu)是淬透鋼軸承套(tào)圈在超高速條件(jiàn)下的易斷裂性，這(zhe)🔞種故障發生時很(hen)🈚少或根本沒有前(qián)兆。

  為了找出一種(zhǒng)既有M50軸承鋼所具(ju)有的性能，且斷裂(lie)👣性更好的軸⛱️承鋼(gang)，SKF的MRC軸承公司在美(mei)國空軍的支持下(xia)開展了一系列研(yán)究工作，最終選擇(zé)了M50NiL。

  M50NiL除斷裂韌性有(yǒu)所提高外，與其它(ta)高溫淬透軸承材(cai)料💚相比，顯微組織(zhī)和疲勞強度也都(dou)很好。其原因之一(yi)是M50iL中沒有大顆粒(li)碳化⁉️物，因此，這種(zhong)鋼對碳化物🔱引起(qǐ)的疲勞裂紋不敏(min)感。

  盡管M50NiL原料的勘(kan)探比M50容易，且材料(liào)的軋制和鍛造更(gèng)方便，但要想得到(dao)所需的理想淬透(tou)層、芯部顯微組🍓織(zhi)和一定的材‼️料特(te)🔴性，必💃🏻須精确控制(zhi)淬火和熱處理工(gōng)藝。為研究M50NiL處理方(fang)法，SKF付出了很大的(de)努力，投入了大量(liàng)的資金。MRC技術♉人員(yuan)認為，通過熱處理(lǐ)可使這種材料在(zai)鄰近滾道表面處(chu)産生殘餘壓應力(li)，在高⁉️dn值條件下，該(gai)應🏃🏻力區可抵消圓(yuán)周應力的作用，從(cóng)而✍️提高軸承壽命(mìng)。采用SKF相奕控制工(gōng)藝，可得到較高的(de)壓應力，而且淬硬(ying)深🤩度比傳統工藝(yì)高三倍。SKF曾用傳統(tǒng)的方法對M50NiL做過熱(re)處理試驗，得出的(de)材料斷裂韌性值(zhi)為275~350MPa-m1/2，在軸承傳速達(dá)到dn=3百萬時，具有良(liang)好的止裂特性。要(yao)提高軸承轉速和(he)🔞/或産生更大的表(biǎo)面缺陷，斷裂韌性(xìng)值就必需接近700MPa-m1/2。為(wei)了提高芯部韌性(xìng)，SKF開發了一種工藝(yi)，可使熱處理後的(de)M50NiL在不喪失💘表面特(te)性🙇🏻的情況下得到(dao)一個特定的芯部(bu)韌性。SKF研究人員👅發(fā)現，該工藝還可提(ti)高殘留壓應力，從(cóng)而進一步提高軸(zhóu)承的性能及可靠(kao)性。這種工藝包括(kuò)将⛱️工件從奧氏體(ti)化溫度冷卻到芯(xin)部和表層馬氏體(ti)開📐始形成的溫度(du)之間的一個溫度(dù)，然後将工件加熱(rè)到一個較高的溫(wen)度，并在表層(淬硬(yìng)層)冷卻和相變之(zhi)前回📐火芯部。通過(guo)選擇适當的芯部(bu)回火循環，可将芯(xin)部熱處理到所需(xu)的韌度和強度，而(ér)不會對表♈層特性(xìng)有太大的影響。業(ye)已證明，根據所選(xuǎn)擇的芯部回火溫(wēn)度，芯部硬度應控(kong)制在30~45HRC。這種芯部韌(rèn)🌈性以前隻能在CBS600和(hé)Prowear53才💃🏻能得到，現在KSF的(de)熱處理工藝使具(jù)有良好的耐高溫(wen)性能的🌍M50NiL也具有宋(song)的芯部韌性。此外(wài)，SKF研究人員還發現(xian)這種表面淬硬鋼(gang)還具有其它一些(xiē)特點🏃🏻。一是表面處(chù)理。象滲氮鐵(FCN)這樣(yàng)🐉的表面處理對M50NiL具(jù)有有利的影響，它(ta)可在不含碳化物(wu)顯微組織的表面(miàn)産生高壓應力區(qu)(＞1000MPa)。預期這種處理方(fāng)法可提高抗腐☁️蝕(shí)性、耐磨性和抗表(biao)面引起疲勞的特(te)性。二是可焊接性(xing)能。由🍓于M50NiL含碳量低(dī)，因此，在需要将軸(zhou)承與法蘭♈或其它(tā)相類似的部件或(huò)材料連接起來制(zhi)造單元軸承和複(fú)合結構❤️部件時，可(ke)使📱用這種材料以(yi)降低成本。

  目前，用(yong)M50NiL制造的軸承正在(zai)世界上12種不同的(de)飛機發動機上進(jìn)行試驗或應用，SKF公(gong)司處于世界領先(xiān)地位。

  2.陶瓷材料

  為(wei)飛機提供動力的(de)燃氣渦輪發動機(ji)效率極高，可使飛(fēi)機速度🔴達到3馬赫(he)以上。發動機主軸(zhou)軸承的工作條件(jiàn)要求非常高🔞，預計(jì)主軸轉速要超過(guo)30000轉/分，軸承最高極(ji)限溫度約800~900℃。從研究(jiu)可㊙️以看出，在650℃以上(shang)的工作溫度以使(shǐ)用高溫合金材料(liao)，要想得到長壽命(mìng)，希望渺茫，而陶瓷(cí)材料為軸承工作(zuo)溫度提高到明顯(xiǎn)高于650℃帶來了希望(wang)。

  SKF通過研究，選出了(le)一組可以滿足超(chao)高溫軸承工作❄️要(yao)求的☂️高性能陶瓷(ci)材料，在1100℃以上高溫(wen)條件下，這些陶瓷(cí)材料✍️中，有一種性(xing)能最佳，這就是過(guo)去十年裡人們研(yan)制出的熱壓氮化(huà)矽或等壓氮化矽(xī)(Si3N4)。氮化矽之所以是(shì)理想的材料，是因(yīn)為它具有良好的(de)高溫強度和硬度(dù)，以及有利的強度(dù)/重量關㊙️系。當潤滑(huá)充分時，還具有極(ji)佳的抗滾動疲勞(láo)特性。1984年，SKF就在美國(guo)㊙️用固體潤🔆滑劑對(dui)該材料進行了500℃以(yǐ)上高溫下的長🤟期(qī)試驗。

  然而，氮化矽(xi)也有缺點，其中包(bāo)括抗拉強度低，止(zhǐ)裂韌性差和熱✉️膨(péng)脹系數極低等。因(yīn)此，要制造和應用(yong)陶瓷軸承，還需要(yao)做大量✊的研究工(gōng)作。

  目前，SKF研究人員(yuan)正在對碳化矽(SiC)、碳(tan)化钛(TiC)和氧化氮矽(xi)鋁🔆(SiAlON)等👣其🌈他一😘些陶(táo)瓷材料用做球和(he)套圈材料的适用(yong)性進行評定❤️，SKF已将(jiāng)碳化矽用于40000轉/分(fen)的軸承試驗。碳化(hua)矽作為高溫軸承(chéng)的有利性能是🌈良(liang)好的熱傳導率、熱(rè)擴散性和抗氧化(hua)性以及材料的高(gāo)純度(幾乎不存在(zai)因雜質造成的影(yǐng)響)，其不利因素之(zhi)一是💃彈性模數高(gao)，約高出熱壓氮化(hua)矽50%，這一點被認為(wéi)是一個潛在的問(wen)題，因為它❌有産生(shēng)高赫茲接觸應力(lì)的危險。SKF研究人員(yuan)曾試圖考慮過通(tōng)過調整滾道的曲(qǔ)率比來減少這方(fang)面的影響，但這樣(yàng)做又會導緻摩擦(ca)升熱的加劇。