1.M50NiL軸承鋼(gang)

  從1955年到1980年(nian)25年間，航空(kong)發動機軸(zhou)承的轉速(su)穩定增長(zhang)，dn值已達到(dao)近2.5百萬。進(jin)入九十年(nian)代，航空發(fa)動機的高(gao)速和高溫(wen)對滾動軸(zhou)承提出了(le)更高的要(yao)求。然而，現(xian)有的軸承(cheng)鋼，即使是(shi)專用的耐(nai)👣高溫軸承(cheng)鋼，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家(jia)族的各種(zhong)派生鋼種(zhong)，如CRB-7和GB-42，在明(ming)顯高于目(mu)前發動機(ji)軸承的溫(wen)度💃🏻下仍能(neng)正常工作(zuo)。但還有一(yi)個重要的(de)👣制約因素(su)，這就是淬(cui)透鋼軸承(cheng)套圈在超(chao)高速🎯條件(jian)🔴下的易斷(duan)✍️裂性，這種(zhong)故障發生(sheng)時很少或(huo)根本沒有(you)前兆。

  為了(le)找出一種(zhong)既有M50軸承(cheng)鋼所具有(you)的性能，且(qie)斷裂性更(geng)好的軸承(cheng)鋼，SKF的MRC軸承(cheng)公司在美(mei)國空軍的(de)支持下開(kai)展了一系(xi)🈲列研究工(gong)📐作，最終選(xuan)擇了M50NiL。

  M50NiL除斷(duan)裂韌性有(you)所提高外(wai)，與其它高(gao)溫淬透軸(zhou)承材料🌈相(xiang)比，顯微組(zu)織和疲勞(lao)強度也都(dou)很好。其原(yuan)因之一是(shi)M50iL中沒😄有大(da)顆粒♌碳化(hua)物，因此，這(zhe)種鋼對碳(tan)化物引起(qi)的疲勞裂(lie)紋不敏感(gan)。

  盡管M50NiL原料(liao)的勘探比(bi)M50容易，且材(cai)料的軋制(zhi)和鍛造更(geng)方便，但要(yao)想得到所(suo)需的理想(xiang)淬透層、芯(xin)部顯微組(zu)織和一定(ding)的材料特(te)👉性，必須精(jing)确控制淬(cui)火和熱處(chu)理工藝。為(wei)研究M50NiL處理(li)方📞法，SKF付出(chu)了很大的(de)努力，投入(ru)了大量的(de)資金。MRC技術(shu)人員認為(wei)，通過熱處(chu)理可使這(zhe)種材料在(zai)鄰近滾道(dao)表面處産(chan)生殘餘壓(ya)應力，在高(gao)🤟dn值條件下(xia)，該應力區(qu)可抵消圓(yuan)周應力的(de)作用，從而(er)提高軸承(cheng)壽命。采用(yong)SKF相奕控制(zhi)工藝，可得(de)到較高的(de)壓應力，而(er)且淬硬深(shen)度比傳統(tong)工藝高三(san)🔴倍。SKF曾用傳(chuan)統的方法(fa)對M50NiL做過熱(re)處理試驗(yan)👉，得出的材(cai)料斷裂韌(ren)性值為275~350MPa-m1/2，在(zai)軸承傳速(su)達到dn=3百萬(wan)時，具有良(liang)🔴好的止裂(lie)特性。要提(ti)高軸承轉(zhuan)速和/或産(chan)生更大的(de)表面缺陷(xian)，斷裂韌性(xing)值就必需(xu)接近700MPa-m1/2。為了(le)提高芯部(bu)韌性，SKF開發(fa)了一種工(gong)藝，可使熱(re)處理後的(de)M50NiL在不喪失(shi)表面特性(xing)的情況下(xia)得到一個(ge)特定的芯(xin)部韌性。SKF研(yan)究人員發(fa)🐪現，該工藝(yi)還可提高(gao)殘留壓應(ying)力，從而進(jin)一步提高(gao)‼️軸承的性(xing)能及可靠(kao)性。這種工(gong)藝包括将(jiang)工件從奧(ao)氏體化溫(wen)度冷卻到(dao)芯部和表(biao)✌️層馬氏體(ti)開始形成(cheng)的溫度之(zhi)間的一個(ge)溫度，然後(hou)将工件加(jia)熱到一個(ge)較高的溫(wen)♋度，并在表(biao)層(淬硬層(ceng))冷卻和相(xiang)🐉變之前⭕回(hui)🌂火芯部。通(tong)過選擇适(shi)當的芯部(bu)回火循環(huan)，可将芯部(bu)♌熱處理到(dao)所需的韌(ren)度和強度(du)，而不會對(dui)表層特性(xing)有太大的(de)影響。業已(yi)證明，根據(ju)所選擇的(de)🔞芯部回火(huo)溫度，芯部(bu)硬度應控(kong)制在30~45HRC。這種(zhong)芯部韌性(xing)以前隻能(neng)在CBS600和Prowear53才🥵能(neng)得到，現在(zai)KSF的熱處理(li)工藝使具(ju)有良好的(de)耐高溫性(xing)能的🌈M50NiL也具(ju)有宋的芯(xin)部韌性。此(ci)外，SKF研究人(ren)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼員還發現(xian)這✏️種表面(mian)淬硬鋼還(hai)具有其它(ta)一些特點(dian)。一是表面(mian)處理。象滲(shen)氮鐵(FCN)這樣(yang)的表面處(chu)理對M50NiL具有(you)有利的影(ying)響，它可👈在(zai)不含碳化(hua)✍️物顯微組(zu)織的表面(mian)産生高壓(ya)應力區(＞1000MPa)。預(yu)期這種處(chu)理方法可(ke)提高抗腐(fu)🏃🏻蝕性、耐磨(mo)性和抗表(biao)面✊引起疲(pi)勞的特性(xing)。二是可焊(han)接🐆性能。由(you)于📞M50NiL含碳量(liang)低，因此，在(zai)需要将軸(zhou)承與法蘭(lan)或其它相(xiang)類似的部(bu)件或材🐆料(liao)連接起來(lai)制造單元(yuan)軸承和複(fu)合結構部(bu)件時，可使(shi)用這種材(cai)料以降低(di)成本。

  目前(qian)，用M50NiL制造的(de)軸承正在(zai)世界上12種(zhong)不同的飛(fei)機發動♊機(ji)上進行試(shi)驗或應用(yong)，SKF公司處于(yu)世界領先(xian)地位。

  2.陶瓷(ci)材料

  為飛(fei)機提供動(dong)力的燃氣(qi)渦輪發動(dong)機效率極(ji)高，可使飛(fei)💋機速度達(da)到3馬赫以(yi)上。發動機(ji)主軸軸承(cheng)的工作條(tiao)🈲件要求非(fei)常高，預計(ji)主軸轉速(su)要超過30000轉(zhuan)/分，軸承最(zui)高極限溫(wen)度約800~900℃。從研(yan)究可以看(kan)出，在650℃以上(shang)的工作溫(wen)度以使用(yong)高溫合金(jin)材料，要想(xiang)得到🧡長壽(shou)命，希望渺(miao)茫，而陶瓷(ci)材料為軸(zhou)承工作溫(wen)度提高到(dao)明顯高于(yu)650℃帶來了希(xi)望。

  SKF通過研(yan)究，選出了(le)一組可以(yi)滿足超高(gao)溫軸承工(gong)作要💜求的(de)高性能陶(tao)瓷材料，在(zai)1100℃以上高溫(wen)條件下，這(zhe)些陶瓷材(cai)料中，有一(yi)種性能最(zui)佳，這就是(shi)過去十年(nian)裡人們研(yan)制出的🐉熱(re)壓氮化矽(xi)或等壓氮(dan)化矽(Si3N4)。氮化(hua)矽之所以(yi)是理想的(de)材料，是因(yin)為🈲它具有(you)良好的高(gao)溫強度和(he)硬度，以及(ji)有利的強(qiang)度/重量關(guan)💃系。當潤滑(hua)充分時，還(hai)具有極佳(jia)的抗滾動(dong)疲勞特性(xing)。1984年，SKF就在美(mei)國用固體(ti)潤😘滑劑對(dui)該材料♋進(jin)行了500℃以上(shang)高溫下的(de)長♋期試驗(yan)。

  然而，氮化(hua)矽也有缺(que)點，其中包(bao)括抗拉強(qiang)度低，止裂(lie)🈲韌性🆚差和(he)熱膨脹系(xi)數極低等(deng)。因此，要制(zhi)造和應用(yong)陶瓷♊軸承(cheng)，還需要做(zuo)大量的研(yan)究工作。

  目(mu)前，SKF研究人(ren)員正在對(dui)碳化矽(SiC)、碳(tan)化钛(TiC)和氧(yang)化氮矽鋁(lü)(SiAlON)等其❤️他一(yi)些陶瓷材(cai)料用做球(qiu)和套圈材(cai)料的适用(yong)性進行評(ping)定🈲，SKF已将碳(tan)化矽用于(yu)40000轉/分的軸(zhou)承試驗。碳(tan)化矽作為(wei)高溫軸承(cheng)🔆的有利性(xing)能是良好(hao)的熱傳導(dao)率、熱擴散(san)性和抗氧(yang)化性以🈲及(ji)材料的🏃🏻‍♂️高(gao)純度(幾乎(hu)不存在因(yin)🍉雜質造成(cheng)的影響)，其(qi)不利因素(su)之一是彈(dan)性模數高(gao)💃🏻，約高出熱(re)壓氮化矽(xi)50%，這一點被(bei)認🏃‍♀️為是一(yi)個潛在的(de)問題🐅，因為(wei)它有産生(sheng)高赫茲接(jie)觸應力的(de)危險。SKF研究(jiu)人員曾🙇‍♀️試(shi)圖考慮過(guo)通過調整(zheng)滾道的曲(qu)率比來減(jian)少這方面(mian)的影響，但(dan)這樣做又(you)會♋導緻摩(mo)擦升熱的(de)加劇。