1.M50NiL軸承(cheng)鋼

  從1955年到1980年25年(nian)間，航空發動機(jī)軸承的轉速穩(wen)定增長，dn值已達(da)到近2.5百萬。進入(rù)九十年代，航空(kōng)發動機的高速(su)和高溫對滾動(dong)軸📱承提出了更(gèng)高的要求。然而(ér)，現有的軸承鋼(gāng)，即使是專🐉用的(de)耐高溫軸承鋼(gāng)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族的各(gè)種派生鋼種，如(ru)CRB-7和GB-42，在明♋顯高于(yu)目前發動機軸(zhou)承的溫度下仍(reng)能正常工作。但(dàn)還有一個重要(yao)的‼️制約因素，這(zhè)就是淬透鋼軸(zhóu)承套圈在超高(gao)速🌈條件下的易(yì)斷裂性，這種故(gu)障發生時很✌️少(shao)或根本沒有前(qián)兆。

  為了找出一(yi)種既有M50軸承鋼(gang)所具有的性能(neng)，且斷裂性更好(hǎo)🆚的軸🛀🏻承鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司在美國(guó)空軍的支持下(xià)開展了☀️一系列(liè)研❓究工🚩作，最終(zhōng)選擇了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(liè)韌性有所提高(gāo)外，與其它高溫(wēn)淬透軸承材料(liào)相比，顯⛷️微組織(zhi)和疲勞強度也(ye)都很好。其原因(yīn)之一是M50iL中沒有(you)大👉顆粒碳化🔞物(wu)，因此，這種鋼對(duì)碳化物引起的(de)疲勞裂紋不敏(mǐn)感。

  盡管M50NiL原料的(de)勘探比M50容易，且(qiě)材料的軋制和(he)鍛造更方便，但(dàn)要想得到所需(xu)的理想淬透層(céng)、芯部顯微組織(zhī)和一定🙇‍♀️的材料(liào)特😍性，必⭕須精确(que)控制淬火和熱(rè)處理工藝🌍。為研(yan)究☔M50NiL處理方法，SKF付(fu)出了很大的努(nu)力，投入了大量(liàng)的資金。MRC技術人(ren)員認為，通過熱(re)處理可使這🤟種(zhong)材料在鄰近滾(gǔn)道表面處産生(shēng)殘餘壓應力，在(zài)高dn值條件下，該(gāi)應力區可抵消(xiāo)圓周應力的作(zuò)用，從而提高軸(zhou)承壽命。采用SKF相(xiang)奕控制工藝，可(kě)得到較高的壓(yā)應力，而且淬硬(yìng)深度比傳統工(gōng)藝高三倍。SKF曾用(yòng)傳統的方法對(dui)M50NiL做過熱處理試(shi)驗，得出的材料(liào)斷裂韌性值為(wei)275~350MPa-m1/2，在軸承傳速達(dá)到❌dn=3百萬時，具有(you)良好的止裂特(tè)性。要提高軸承(chéng)轉速和/或産生(sheng)更大的表面缺(que)陷💜，斷裂韌性值(zhí)就必需接近700MPa-m1/2。為(wéi)了提高芯部韌(ren)性，SKF開發了一種(zhǒng)工藝，可使熱處(chu)理後的M50NiL在不喪(sàng)失表面特性的(de)情況下得到一(yī)個特定的芯部(bù)韌性。SKF研究人員(yuan)發現，該工藝還(hai)可提高殘留壓(yā)應👣力，從而進一(yi)步提高軸承的(de)性能及可靠性(xing)。這種工藝包括(kuo)将💞工件從奧氏(shi)體化溫度🛀冷卻(què)到芯部和表層(ceng)馬氏體開始形(xíng)成的溫度之間(jiān)的一個㊙️溫度，然(ran)後将工件加熱(re)到一個較高的(de)溫度，并在表層(céng)(淬硬☔層)冷卻和(he)相變之前回火(huǒ)芯部。通過選擇(zé)适當的芯部回(hui)火循環，可将芯(xīn)部熱處理到所(suǒ)需的韌度和強(qiáng)度，而不會對表(biǎo)層特性💔有⁉️太大(da)的影響。業已證(zhèng)明，根據所選擇(ze)的芯部回火♻️溫(wēn)度，芯部硬度應(yīng)控制在30~45HRC。這種芯(xin)部韌性以前隻(zhī)能♈在CBS600和Prowear53才能🧑🏽‍🤝‍🧑🏻得(de)到，現在KSF的熱處(chu)理工藝使具有(you)良好的💋耐高溫(wēn)性能的M50NiL也具有(yǒu)宋的芯部韌性(xìng)。此外，SKF研究人員(yuan)還發現這📱種表(biǎo)面淬硬鋼還具(ju)有其它一些特(te)點。一是表面處(chù)理。象滲氮鐵(FCN)這(zhè)樣的表面處理(lǐ)對M50NiL具有有利的(de)影響，它可❤️在不(bu)含碳化物顯微(wēi)🔱組織的表面産(chǎn)生高壓應力區(qu)(＞1000MPa)。預期這種處理(li)方法可提高抗(kang)腐⭐蝕性、耐磨性(xing)和抗表面引起(qi)疲勞的特性。二(er)是可焊接性能(néng)。由于⭕M50NiL含碳量低(dī)，因此，在需要将(jiang)軸承與法蘭或(huo)其它相類似的(de)部件或材料連(lián)接起來制造單(dan)元軸承和複合(hé)結構㊙️部件時，可(ke)使㊙️用這種材料(liao)以降低成本。

  目(mu)前，用M50NiL制造的軸(zhóu)承正在世界上(shàng)12種不同的飛機(ji)發動🐇機上進行(hang)試驗或應用，SKF公(gong)司處于世界領(ling)先地位。

  2.陶瓷材(cái)料

  為飛機提供(gong)動力的燃氣渦(wō)輪發動機效率(lǜ)極高，可使飛機(jī)速度達到3馬赫(hè)以上。發動機主(zhu)軸軸承的工作(zuo)條件要求非常(cháng)高，預計主軸轉(zhuan)速要超過30000轉/分(fen)，軸🌂承最高⭐極限(xiàn)溫度約800~900℃。從研究(jiu)可以看出，在650℃以(yi)上的工作溫度(dù)以使用高溫合(he)金材料，要想得(de)到長壽命，希🏃望(wang)渺茫，而陶瓷材(cai)料為軸承工作(zuo)溫度⛹🏻‍♀️提高到明(míng)顯🈲高于650℃帶來了(le)希望。

  SKF通過研究(jiū)，選出了一組可(kě)以滿足超高溫(wen)軸承工作♈要求(qiu)的高🔴性能陶瓷(cí)材料，在1100℃以上高(gao)溫條件下，這些(xie)陶瓷🌈材料中，有(yǒu)一種性能最佳(jia)，這就是過去十(shi)年裡人們研制(zhi)出的熱壓氮化(hua)矽或等壓氮化(hua)矽(Si3N4)。氮化矽之所(suo)以是理想的材(cái)料，是因為它具(ju)有良好的高溫(wen)強度和硬度，以(yǐ)及有利的強度(du)/重量關系。當潤(run)滑充分時，還具(ju)有極佳的抗滾(gǔn)動疲勞特性。1984年(nián)，SKF就在美國♍用固(gù)體潤🍉滑劑對該(gai)材料進行了500℃以(yǐ)上高溫下的長(zhǎng)期試驗。

  然而，氮(dan)化矽也有缺點(dian)，其中包括抗拉(lā)強度低，止裂韌(rèn)性差和🤩熱膨脹(zhàng)系數極低等。因(yin)此，要制造和應(yīng)用陶瓷軸承，還(hái)需🏃‍♀️要做大量的(de)研究工作。

  目前(qián)，SKF研究人員正在(zài)對碳化矽(SiC)、碳化(hua)钛(TiC)和氧化氮矽(xi)✨鋁(SiAlON)等其他一些(xiē)陶瓷材料用做(zuo)球和套圈材料(liao)的适💚用性進行(háng)評定‼️，SKF已将碳化(huà)矽用于40000轉/分的(de)軸承試驗。碳化(huà)矽🏃🏻‍♂️作為高♈溫軸(zhou)承💰的有利性能(néng)是良好的熱傳(chuán)♊導率、熱擴散性(xing)和抗氧化性以(yǐ)及材料的高純(chun)度(幾乎不存在(zài)因雜質造成的(de)影響)，其不利因(yin)素之一是彈性(xing)模數高，約🐕高出(chu)熱壓氮化矽50%，這(zhè)一點被認為是(shì)😄一個潛在的問(wèn)題，因為它🍉有産(chan)生高赫茲接觸(chu)應力⁉️的危險。SKF研(yan)究人員曾試圖(tu)考慮過通過調(diào)整滾道的曲率(lǜ)比來減少這方(fāng)面的影響，但這(zhe)樣做又會導緻(zhi)摩擦升熱的加(jiā)劇。