1.M50NiL軸承鋼(gang)

  從1955年到(dao)1980年25年間(jiān)，航空發(fa)動機軸(zhóu)承的轉(zhuan)速穩定(ding)增長，dn值(zhi)已達到(dao)近2.5百萬(wàn)。進入九(jiǔ)十年代(dai)，航空發(fā)動機的(de)高速和(he)高溫對(duì)滾動軸(zhou)承提出(chū)了更高(gāo)的要求(qiu)。然而，現(xian)有的軸(zhou)承鋼，即(jí)💘使是專(zhuan)用的耐(nai)高溫軸(zhóu)承鋼，如(rú)M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zú)的各種(zhong)派生鋼(gāng)種，如CRB-7和(hé)GB-42，在明顯(xian)高于目(mu)前發動(dong)機🧑🏽‍🤝‍🧑🏻軸承(chéng)的溫度(du)下仍能(néng)正常工(gong)作。但還(hái)有一個(ge)重要的(de)❗制約因(yin)素，這就(jiu)是淬透(tòu)鋼軸承(cheng)套圈在(zai)超高速(su)條件下(xia)的易斷(duàn)裂性，這(zhè)種故障(zhàng)發生時(shí)很少或(huò)根本沒(méi)有🐪前兆(zhao)。

  為了找(zhǎo)出一種(zhong)既有M50軸(zhóu)承鋼所(suo)具有的(de)性能，且(qie)斷裂性(xìng)更好的(de)軸承鋼(gang)，SKF的MRC軸承(chéng)公司在(zài)美國空(kong)軍的支(zhi)持下開(kai)展了一(yi)系🌍列研(yán)究工作(zuò)，最終選(xuǎn)擇了M50NiL。

  M50NiL除(chu)斷裂韌(ren)性有所(suǒ)提高外(wai)，與其它(ta)高溫淬(cuì)透軸承(chéng)材料相(xiàng)比，顯微(wei)組織和(he)疲勞強(qiáng)度也都(dou)很好。其(qí)原因之(zhi)🏃🏻‍♂️一是M50iL中(zhōng)沒♋有大(da)💃顆粒碳(tàn)化物，因(yīn)此，這種(zhǒng)鋼對碳(tàn)化物⭐引(yin)起的疲(pí)勞裂紋(wén)不敏感(gǎn)。

  盡管M50NiL原(yuán)料的勘(kan)探比M50容(rong)易，且材(cái)料的軋(zhá)制和鍛(duan)造更方(fāng)便，但要(yào)想得到(dao)所需的(de)理想淬(cui)透層、芯(xin)部顯微(wei)組織和(hé)一定的(de)材料特(tè)🏃🏻性，必須(xu)精确控(kong)制淬火(huo)和熱處(chù)理工藝(yi)。為研究(jiū)M50NiL處理方(fang)☎️法，SKF付出(chu)了很大(da)的努力(li)，投入了(le)大量的(de)資金。MRC技(jì)術人員(yuán)認為，通(tōng)過熱處(chu)💋理可使(shǐ)這種材(cái)料在鄰(lín)近滾道(dào)表面處(chù)産生殘(can)餘壓應(ying)力，在高(gao)⁉️dn值條件(jian)下，該應(yīng)力區可(kě)抵消圓(yuán)周應力(lì)的作用(yòng)♉，從而♍提(ti)高軸承(cheng)壽命。采(cai)♋用SKF相奕(yi)控制工(gōng)藝，可得(dé)到較高(gao)的壓❓應(yīng)力，而且(qiě)淬硬深(shen)度比傳(chuán)統工藝(yì)高㊙️三倍(bèi)。SKF曾用傳(chuán)👨‍❤️‍👨統的方(fāng)法對M50NiL做(zuò)過熱處(chù)理試驗(yan)，得出的(de)材料斷(duan)裂韌性(xing)值為275~350MPa-m1/2，在(zài)軸承傳(chuán)❤️速達到(dao)dn=3百萬時(shi)，具有良(liang)好的止(zhi)裂特性(xìng)。要提高(gāo)軸承轉(zhuan)速和/或(huo)産生更(gèng)大的表(biao)面缺陷(xian)，斷裂韌(rèn)性值就(jiu)必需接(jie)近700MPa-m1/2。為了(le)提高芯(xin)部韌性(xìng)，SKF開發了(le)一種工(gōng)㊙️藝，可使(shǐ)熱處理(lǐ)後的M50NiL在(zài)不喪失(shī)表面特(te)性的情(qing)況下得(de)到⛹🏻‍♀️一個(ge)🌈特定的(de)芯部韌(rèn)性。SKF研究(jiu)人員發(fa)👅現，該工(gōng)藝還可(ke)提高殘(can)留壓應(yīng)力，從而(er)進一步(bu)提高軸(zhóu)承的性(xing)能及可(ke)靠性。這(zhe)種工藝(yi)包括将(jiāng)工件從(cóng)奧🍓氏體(tǐ)化溫度(dù)冷卻到(dao)芯部和(hé)表層馬(ma)氏體開(kāi)始形成(cheng)的溫度(dù)之間的(de)一個溫(wen)度，然後(hòu)将工件(jian)加熱到(dao)一個較(jiao)高的溫(wēn)度，并在(zai)表層(淬(cui)硬層)冷(leng)卻和相(xiang)變之前(qián)回火芯(xin)部。通過(guò)選擇适(shi)當的芯(xin)部回火(huǒ)🏒循環，可(ke)将芯部(bù)熱處理(li)到所需(xu)的韌度(dù)和強度(dù)，而不會(hui)對表層(ceng)特性有(yǒu)㊙️太大的(de)影響。業(yè)已證明(ming)，根據所(suǒ)選擇的(de)♋芯部回(hui)火🆚溫度(dù)，芯部硬(ying)度應控(kong)制在30~45HRC。這(zhe)種芯部(bù)韌性以(yi)前隻能(neng)在CBS600和Prowear53才(cai)㊙️能得到(dao)，現在KSF的(de)熱處理(li)工藝使(shi)具有良(liang)好的❌耐(nai)高溫性(xìng)能的M50NiL也(yě)具有宋(sòng)的芯部(bu)韌性。此(ci)外，SKF研究(jiu)人員還(hái)發現這(zhe)種表面(miàn)⁉️淬硬鋼(gang)還具有(yǒu)其它一(yī)些特點(dian)🌏。一是表(biao)面處理(lǐ)。象滲氮(dan)鐵(FCN)這樣(yàng)⛱️的表面(miàn)處理對(dui)M50NiL具有有(yǒu)利的影(yǐng)響，它可(kě)在不含(han)碳化💃🏻物(wu)顯微組(zǔ)織的表(biao)面産生(sheng)高壓應(yīng)力區(＞1000MPa)。預(yù)⛹🏻‍♀️期這種(zhǒng)處理方(fāng)法可提(ti)高抗腐(fu)🔴蝕性、耐(nai)磨性和(he)抗表面(mian)引起疲(pi)勞的特(tè)性。二是(shi)可焊☂️接(jiē)性能。由(you)于⛱️M50NiL含碳(tàn)量低，因(yīn)此，在需(xū)要将軸(zhóu)承與法(fǎ)蘭✍️或其(qi)它相類(lèi)似的部(bù)件或材(cai)料連接(jie)起來制(zhi)造單元(yuan)軸承和(hé)複合結(jie)構部件(jian)時，可使(shǐ)用這種(zhong)材料以(yi)降低⭕成(chéng)本。

  目前(qian)，用M50NiL制造(zao)的軸承(cheng)正在世(shi)界上12種(zhǒng)不同的(de)飛機發(fā)動機上(shàng)進🚶‍♀️行試(shì)驗或應(ying)用，SKF公司(sī)處于世(shi)界領先(xian)地位。

  2.陶(tao)瓷材料(liào)

  為飛機(jī)提供動(dong)力的燃(ran)氣渦輪(lun)發動機(jī)效率極(jí)高，可使(shi)飛機速(su)度❗達到(dao)3馬赫以(yǐ)上。發動(dòng)機主軸(zhou)軸承的(de)工作條(tiáo)件要求(qiu)非常高(gāo)❌，預計主(zhǔ)軸轉速(su)要超過(guò)30000轉/分，軸(zhou)承最高(gāo)極限溫(wen)度約800~900℃。從(cóng)研究可(ke)以看出(chu)，在650℃以上(shàng)的工作(zuo)溫度以(yi)使用高(gāo)溫合金(jin)材料，要(yào)想得到(dào)長壽命(mìng)，希望渺(miao)茫，而陶(tao)瓷材料(liào)為軸🈚承(cheng)工作溫(wen)度提高(gāo)到明顯(xian)🥰高于650℃帶(dai)來了希(xi)望。

  SKF通過(guò)研究，選(xuan)出了一(yi)組可以(yi)滿足超(chao)高溫軸(zhou)承工作(zuo)要求的(de)高性能(néng)陶瓷材(cái)料，在1100℃以(yi)上高溫(wēn)條件下(xià)，這些陶(táo)瓷💚材料(liao)中，有一(yi)種✏️性能(néng)最佳，這(zhè)就是過(guò)去十年(nian)裡人們(men)研制出(chu)的熱壓(ya)氮♍化矽(xī)或⭐等壓(yā)氮化矽(xi)(Si3N4)。氮化矽(xi)之所以(yi)是理想(xiang)的材料(liao)，是因為(wei)它具有(yǒu)良好的(de)高溫🆚強(qiáng)度和硬(yìng)度💃🏻，以及(jí)有利的(de)強度/重(zhong)量關系(xi)。當潤滑(huá)充分時(shí)，還具有(yǒu)極佳的(de)抗滾動(dòng)疲🏃‍♂️勞特(te)性。1984年，SKF就(jiù)在美國(guo)用固體(ti)潤滑劑(ji)對該材(cái)料進行(háng)了500℃以🌐上(shang)高溫下(xia)的長👅期(qi)試驗。

  然(ran)而，氮化(hua)矽也有(yǒu)缺點，其(qi)中包括(kuò)抗拉強(qiang)度低，止(zhǐ)裂韌性(xing)🏒差和熱(rè)膨脹系(xi)數極低(di)等。因此(ci)，要制造(zào)和應用(yong)💛陶瓷軸(zhou)承⭐，還需(xu)要做🥰大(dà)量😄的研(yan)究工作(zuo)。

  目前，SKF研(yán)究人員(yuán)正在對(duì)碳化矽(xī)(SiC)、碳化钛(tai)(TiC)和氧化(hua)氮矽🈲鋁(lǚ)⚽(SiAlON)等☎️其他(ta)一些陶(táo)瓷材料(liào)用做球(qiú)和套圈(quān)材料的(de)适用性(xìng)進行評(píng)定，SKF已将(jiang)碳化矽(xi)用于40000轉(zhuǎn)/分的軸(zhóu)承試驗(yan)。碳化矽(xi)作為高(gao)溫軸承(cheng)㊙️的有利(lì)性能是(shi)良好的(de)熱傳導(dǎo)率、熱擴(kuò)散性和(he)抗氧化(huà)性以及(jí)材料的(de)♌高純度(du)(幾乎不(bu)存在因(yīn)雜質造(zào)成的影(yǐng)響)，其不(bu)利🌈因素(sù)之一是(shì)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻彈性模(mo)數高，約(yue)📞高出熱(rè)壓氮化(huà)矽50%，這一(yī)點被認(rèn)為是一(yi)個潛在(zài)的問題(ti)，因為它(ta)🛀有産生(shēng)高赫茲(zi)接觸應(ying)力的危(wei)險。SKF研究(jiu)人員曾(céng)試圖考(kao)慮過通(tong)過🔅調整(zhěng)滾道的(de)曲率比(bǐ)來減少(shǎo)這方面(miàn)的影響(xiǎng)✔️，但這樣(yàng)做又會(hui)導緻摩(mó)擦升熱(rè)的加劇(jù)。