1.M50NiL軸承鋼

  從(cóng)1955年到1980年25年間(jiān)，航空發動機(jī)軸承的轉速(sù)穩定增長，dn值(zhí)已達到近2.5百(bai)萬。進入九十(shí)年代，航空發(fā)動機的高速(su)和高溫對滾(gǔn)動軸承提出(chū)了更高的要(yào)求。然而，現有(you)的軸⁉️承鋼，即(ji)使是專用的(de)耐高溫軸🌍承(chéng)鋼，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家族(zú)的各種派生(shēng)鋼種，如CRB-7和GB-42，在(zai)明顯高于目(mù)前發動機❓軸(zhou)承的溫度下(xià)仍能正常工(gong)作。但還有一(yi)個重要的制(zhi)約因素，這就(jiù)是淬透鋼軸(zhóu)承套圈在超(chao)高速條件下(xia)的易斷裂性(xìng)，這種故障發(fā)生時很少或(huò)根本沒有前(qián)🌂兆。

  為了找出(chū)一種既有M50軸(zhou)承鋼所具有(you)的性能，且斷(duàn)裂性更好的(de)軸承鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司在美(měi)國空軍的支(zhī)持下開展了(le)一系列研究(jiu)工💚作，最終選(xuan)擇了M50NiL。

  M50NiL除斷裂(liè)韌性有所提(tí)高外，與其它(ta)高溫淬透軸(zhou)承材料相比(bi)，顯😄微組織和(hé)疲勞強度也(yě)都很好。其原(yuan)因之一是M50iL中(zhōng)沒有大顆粒(li)碳化物，因此(ci)，這種鋼對碳(tan)化物引起的(de)✌️疲勞裂紋不(bu)敏感。

  盡管M50NiL原(yuán)料的勘探比(bi)M50容易，且材料(liào)的軋制和鍛(duan)造更🌍方便，但(dan)要想得到所(suǒ)需的理想淬(cuì)透層、芯部顯(xian)微組織和一(yi)定的材料特(te)性，必🔴須精确(què)控制淬火和(hé)熱處理工藝(yi)。為研究M50NiL處理(lǐ)方法，SKF付出了(le)很大的努力(lì)，投入✌️了大量(liang)的資金。MRC技術(shu)人員認為❄️，通(tōng)過熱處理可(kě)使這💛種材料(liào)在鄰近滾道(dao)表面處産生(sheng)殘餘壓應力(lì)，在高dn值條件(jiàn)下，該應力區(qū)可抵消圓周(zhou)應力的作用(yòng)，從而提高軸(zhou)承⛹🏻‍♀️壽命。采用(yòng)SKF相奕控制工(gōng)藝，可得到較(jiao)高的壓應力(lì)，而且淬硬深(shēn)❌度比傳統工(gōng)藝高三倍。SKF曾(céng)用傳😄統的方(fāng)法對M50NiL做過熱(rè)處理試驗，得(dé)出的材料斷(duàn)裂韌性值為(wei)275~350MPa-m1/2，在軸承傳速(su)達到dn=3百萬時(shi)，具有良好的(de)止裂特性。要(yao)提高軸承轉(zhuan)速和/或産生(sheng)更大的表面(mian)缺陷，斷裂韌(rèn)性值就必需(xu)接近700MPa-m1/2。為了提(tí)高芯部韌性(xing)，SKF開發了一種(zhong)工藝，可使熱(rè)處理後的M50NiL在(zai)👅不喪失表面(miàn)特性♻️的情況(kuang)下得到一個(ge)特定的芯部(bù)韌性。SKF研究人(rén)員發😘現，該工(gōng)藝還可提高(gao)💜殘留壓應力(li)，從而進一步(bù)提高軸承♈的(de)性能及可靠(kao)性。這種工藝(yì)包括将工件(jiàn)從奧🔞氏體化(huà)溫度冷卻到(dào)芯部和表💚層(céng)馬氏體開始(shi)形成的溫度(du)之間的一個(ge)🥵溫度，然後将(jiāng)工件加熱到(dào)一個較高的(de)溫度，并在表(biǎo)層(淬硬🆚層)冷(leng)卻和相變之(zhī)前回火芯部(bu)。通過選擇适(shì)當的芯部回(huí)火循環，可将(jiāng)芯部⭐熱處理(li)到所🔅需的韌(ren)度和強度，而(ér)不會對表層(céng)特性😄有太大(dà)的影響。業已(yǐ)證明，根據所(suo)選擇的芯部(bu)回火溫度🔱，芯(xīn)部硬度應控(kong)制在30~45HRC。這種芯(xin)部韌性以前(qian)隻能在CBS600和Prowear53才(cai)能🤟得到，現在(zài)KSF的熱處理工(gong)藝使具有良(liang)好的耐高溫(wēn)性🔆能的☁️M50NiL也具(ju)有宋的芯部(bù)韌性。此外，SKF研(yán)究人員還發(fā)現這🌈種表面(miàn)👣淬硬鋼還具(ju)有其它一些(xiē)特點♌。一是表(biǎo)面處理。象滲(shèn)氮鐵(FCN)這樣的(de)表面處理對(dui)M50NiL具有有利的(de)影響，它可在(zài)不含碳化物(wù)顯微🐆組♌織的(de)表面産生高(gao)壓應力區(＞1000MPa)。預(yù)期這種處理(li)方法可提高(gao)抗腐蝕性、耐(nài)磨性和抗表(biao)面引起疲勞(láo)的特性。二是(shi)可焊接性能(neng)。由于M50NiL含碳量(liang)低，因✌️此，在需(xū)要将軸承與(yǔ)法蘭或其它(tā)相類似的部(bù)件或材料連(lián)接起來制造(zào)單元🔞軸承和(hé)複合結構部(bù)件時，可使📞用(yòng)這種材料以(yi)降低成本。

  目(mu)前，用M50NiL制造的(de)軸承正在世(shi)界上12種不同(tong)的飛機發動(dong)機上進🧑🏽‍🤝‍🧑🏻行試(shi)驗或應用，SKF公(gōng)司處于世界(jie)領先地位。

  2.陶(tao)瓷材料

  為飛(fei)機提供動力(li)的燃氣渦輪(lún)發動機效率(lü)極高，可使飛(fei)機速度達到(dao)3馬赫以上。發(fā)動機主軸軸(zhou)承的工作條(tiáo)件要求非常(cháng)高，預計🚩主軸(zhou)轉速要超過(guò)30000轉/分，軸㊙️承最(zuì)高極限溫度(dù)約800~900℃。從☂️研究可(kě)以看出，在650℃以(yi)上的工作溫(wen)度以使用高(gāo)溫合金材料(liao)🥵，要想得到長(zhang)壽命，希望渺(miao)茫，而陶瓷材(cái)料為軸承工(gōng)作溫度提高(gao)到明顯高于(yu)650℃帶來了希🤟望(wàng)。

  SKF通過研究，選(xuǎn)出了一組可(kě)以滿足超高(gāo)溫軸承工作(zuo)要求的高🔱性(xing)能陶瓷材料(liao)，在1100℃以上高溫(wen)條件下，這些(xie)陶瓷材料中(zhōng)，有一種性能(neng)最佳，這就是(shi)過去十年裡(li)人們研制出(chu)的熱壓氮化(huà)矽或等壓氮(dàn)化矽(Si3N4)。氮化矽(xi)之所以是理(lǐ)想的材料，是(shi)因為它具有(you)良❌好的高溫(wen)強度和硬度(du)，以及有利的(de)強度/重量關(guān)系。當潤滑充(chōng)分時，還具有(yǒu)極佳的抗滾(gun)動疲🍓勞特性(xing)。1984年，SKF就在美國(guó)用固體潤滑(huá)劑對該材料(liao)進行了500℃以上(shang)高溫下的長(zhang)期試驗。

  然而(er)，氮化矽也有(yǒu)缺點，其中包(bāo)括抗拉強度(du)低，止裂韌性(xing)☁️差和熱膨脹(zhàng)系數極低等(deng)。因此，要制造(zao)和應用㊙️陶瓷(cí)軸承，還需要(yào)做✌️大量的研(yán)究工作。

  目前(qian)，SKF研究人員正(zheng)在對碳化矽(xi)(SiC)、碳化钛(TiC)和氧(yang)化氮矽🐕鋁(SiAlON)等(deng)其他一些陶(táo)瓷材料用做(zuò)球和套圈材(cái)料的适☂️用性(xing)進行評定，SKF已(yǐ)将碳化矽用(yong)于40000轉/分的軸(zhóu)承試驗。碳化(huà)矽作為高🔱溫(wen)軸承的有利(li)性能是良好(hao)的熱傳導率(lǜ)、熱擴散性和(hé)抗氧化性以(yi)及材料的高(gao)純度(幾🔆乎不(bu)存在因雜質(zhì)造成的影響(xiǎng))，其不利因素(su)之一是彈性(xìng)模數高，約高(gāo)出熱壓氮化(hua)矽50%，這一點被(bei)認為是🌏一個(ge)潛在的問題(ti)，因為它有産(chan)生高赫茲接(jiē)觸應力的危(wei)險。SKF研究人員(yuán)曾⭐試圖考慮(lǜ)過通過調整(zhěng)滾道的曲率(lǜ)比來減少這(zhè)方面的影響(xiǎng)，但這樣做又(you)會導緻摩擦(cā)升熱的加劇(ju)。