1.M50NiL軸承(chéng)鋼

  從1955年(nián)到1980年25年(nián)間，航空(kōng)發動機(jī)軸承的(de)轉速穩(wen)定增長(zhang)，dn值已達(dá)到近2.5百(bai)萬。進入(rù)九十年(nián)代，航空(kong)發動機(ji)的高速(su)和高溫(wen)對滾動(dong)軸承提(tí)出了更(geng)高的要(yao)求。然而(ér)，現有的(de)軸承鋼(gāng)，即使是(shi)專⛹🏻‍♀️用的(de)耐高溫(wēn)軸承鋼(gang)，如M50，18-4-1和14Cr-4Mo家(jiā)族的各(ge)種派生(shēng)鋼種☎️，如(ru)CRB-7和GB-42，在明(ming)顯高于(yu)目前發(fa)動機軸(zhóu)承的溫(wēn)度下仍(reng)能正常(cháng)工作。但(dàn)還有一(yi)個重要(yao)的㊙️制約(yue)因素，這(zhe)就是淬(cuì)透鋼軸(zhou)承套圈(quān)在超高(gāo)速條件(jian)💃🏻下的易(yi)斷裂性(xing)，這種故(gu)障發生(shēng)時很少(shao)或根本(běn)沒有前(qián)兆。

  為了(le)找出一(yi)種既有(you)M50軸承鋼(gang)所具有(you)的性能(neng)，且斷裂(lie)性更好(hao)的軸承(cheng)鋼，SKF的MRC軸(zhou)承公司(sī)在美國(guo)空軍的(de)支持下(xià)開展了(le)一系列(liè)研究工(gong)🏃🏻作，最終(zhong)選擇了(le)M50NiL。

  M50NiL除斷裂(lie)韌性有(you)所提高(gāo)外，與其(qi)它高溫(wen)淬透軸(zhóu)承材📱料(liao)🌈相🙇‍♀️比，顯(xian)微組織(zhi)和疲勞(lao)強度也(yě)都很好(hao)。其原因(yīn)之🍓一是(shi)M50iL中沒有(you)大✨顆粒(li)碳化物(wù)，因此，這(zhè)種鋼對(duì)碳化物(wu)引起的(de)疲勞裂(lie)👄紋不敏(min)感。

  盡管(guan)M50NiL原料的(de)勘探比(bǐ)M50容易，且(qiě)材料的(de)軋制和(he)鍛造更(gèng)方便，但(dan)要想♈得(dé)到所需(xu)的理想(xiǎng)淬透層(céng)、芯部顯(xian)微組織(zhī)和一定(dìng)的材🛀🏻料(liao)特性，必(bi)須精确(què)控制淬(cuì)火和熱(re)處理工(gong)藝。為研(yan)究M50NiL處理(li)方🧑🏾‍🤝‍🧑🏼法，SKF付(fu)出🔴了很(hen)大🐇的努(nu)力，投入(ru)了大量(liang)的🔅資金(jin)。MRC技術📧人(rén)員認為(wei)，通過熱(re)處🔞理可(kě)使這💃種(zhǒng)材料在(zai)鄰近滾(gun)道表面(miàn)處産生(sheng)殘餘壓(yā)應力，在(zài)高dn值條(tiao)件下，該(gāi)應力區(qu)可抵消(xiāo)圓周應(ying)力的作(zuo)用👉，從而(ér)🌏提高軸(zhóu)承壽命(mìng)。采用SKF相(xiàng)奕控制(zhi)工藝，可(ke)得到較(jiao)高的壓(yā)應力，而(ér)且淬硬(yìng)深🔴度比(bi)傳統工(gong)藝高三(san)倍。SKF曾用(yòng)傳統的(de)方法✔️對(dui)M50NiL做過熱(rè)處理試(shì)驗🐇，得出(chu)的材料(liào)斷裂韌(ren)性值為(wéi)275~350MPa-m1/2，在軸承(cheng)傳速達(dá)到dn=3百萬(wàn)時，具有(yǒu)良好的(de)止裂🈲特(tè)性。要提(tí)高📐軸承(chéng)轉速和(he)/或産生(shēng)更大的(de)表面缺(que)陷🐇，斷裂(liè)😘韌性值(zhi)就必需(xū)接近🏒700MPa-m1/2。為(wei)了🐆提高(gāo)芯部韌(rèn)性，SKF開發(fa)了一種(zhong)工藝，可(kě)使熱處(chù)理後的(de)M50NiL在不喪(sàng)失表面(mian)特性的(de)情況下(xia)得到一(yi)個特定(dìng)的芯部(bù)韌性。SKF研(yán)究人員(yuán)發❌現，該(gāi)工藝還(hai)可提高(gāo)殘留壓(ya)應力，從(cóng)而進一(yī)步提高(gāo)軸承的(de)性能及(ji)可靠性(xing)。這種工(gōng)藝包括(kuo)将工件(jian)從奧氏(shì)體化溫(wēn)度冷卻(que)到芯部(bu)和表層(céng)馬氏體(ti)開始形(xíng)成的溫(wēn)度之間(jian)的一個(ge)溫度，然(rán)後将工(gong)件加熱(re)到🙇🏻一個(ge)較高的(de)溫度，并(bing)在表層(ceng)(淬硬🙇🏻層(ceng))冷卻和(hé)相變之(zhi)前🔞回📱火(huǒ)芯部。通(tōng)過選擇(zé)适當的(de)芯部回(hui)火循環(huán)，可将芯(xin)部熱處(chu)理到所(suǒ)📞需的韌(ren)度和強(qiáng)度，而不(bú)會對表(biǎo)層特性(xìng)有太大(da)的影響(xiang)。業已證(zheng)明，根據(ju)所選擇(zé)的🔱芯部(bù)回火♍溫(wēn)度，芯部(bù)硬度應(yīng)控制在(zai)30~45HRC。這種芯(xīn)部韌性(xing)以前隻(zhi)能🎯在CBS600和(he)Prowear53才能得(dé)到，現在(zài)KSF的熱處(chù)理工藝(yì)使具有(yǒu)良好的(de)耐高溫(wen)性能的(de)☀️M50NiL也具有(you)宋的芯(xin)部韌性(xing)。此外，SKF研(yán)究人員(yuan)還發現(xiàn)這種表(biao)面淬🐕硬(yìng)鋼還具(ju)有其它(tā)一些特(tè)點。一是(shi)表面處(chu)理♍。象滲(shen)氮鐵(FCN)這(zhe)樣的表(biao)面處理(lǐ)對M50NiL具有(yǒu)有利的(de)影響，它(tā)可在不(bu)含碳化(huà)💛物顯微(wei)☔組織的(de)表面産(chǎn)生高壓(yā)應力區(qū)(＞1000MPa)。預期這(zhe)種處理(li)方法可(ke)提高抗(kàng)腐蝕性(xing)、耐磨性(xing)和抗表(biao)面🌈引起(qi)疲勞的(de)特性。二(er)是可焊(han)接性能(neng)。由于M50NiL含(hán)碳量低(dī)，因此，在(zài)需要将(jiāng)軸承與(yǔ)法蘭或(huò)其它相(xiang)類似的(de)部💋件或(huò)材料連(lián)接起來(lái)制造單(dan)元🙇🏻軸承(cheng)和複合(he)結構部(bu)件時，可(kě)使用這(zhè)種材料(liào)以降低(dī)成本。

  目(mù)前，用M50NiL制(zhi)造的軸(zhou)承正在(zài)世界上(shang)12種不同(tóng)的飛機(jī)發動機(ji)😍上進行(hang)試驗或(huo)應用，SKF公(gong)司處于(yu)世界領(ling)先地位(wei)。

  2.陶瓷材(cai)料

  為飛(fēi)機提供(gong)動力的(de)燃氣渦(wō)輪發動(dong)機效率(lǜ)極高，可(ke)使飛機(ji)速度達(dá)到3馬赫(he)以上。發(fā)動機主(zhǔ)軸軸承(cheng)的工📞作(zuò)條件要(yao)求非常(chang)高，預計(ji)主軸轉(zhuan)速要超(chāo)過30000轉/分(fèn)，軸承最(zuì)高🔞極限(xian)溫度約(yue)800~900℃。從研究(jiū)可以看(kan)出，在650℃以(yǐ)上的工(gong)作溫度(du)以使用(yòng)高溫✍️合(hé)金材料(liào)🛀🏻，要想得(dé)到長壽(shòu)命，希望(wàng)渺茫，而(er)陶瓷材(cái)料為軸(zhóu)承工作(zuo)溫度提(tí)高到明(míng)顯高于(yu)650℃帶來了(le)希望。

  SKF通(tong)過研究(jiū)，選出了(le)一組可(kě)以滿足(zú)超高溫(wen)軸承工(gong)作要求(qiú)的高性(xìng)能陶瓷(ci)材料，在(zài)1100℃以上高(gao)溫條件(jian)下，這些(xiē)陶瓷材(cai)料中，有(you)一種🍓性(xìng)能最佳(jia)，這就是(shi)過去十(shi)年裡人(ren)們研制(zhì)出的熱(re)壓氮化(huà)矽或等(děng)壓氮化(huà)矽(Si3N4)。氮化(huà)矽之所(suǒ)以是理(li)想的材(cai)料，是因(yīn)為它具(ju)有良好(hǎo)的高溫(wen)強度和(hé)硬度，以(yǐ)及有利(li)的強度(dù)/重量關(guan)系。當潤(rùn)滑充分(fèn)時，還具(ju)有極佳(jiā)的抗滾(gǔn)動疲勞(láo)特性。1984年(nian)，SKF就在美(mei)國用固(gù)體潤滑(huá)劑對該(gāi)材料進(jìn)行了500℃以(yǐ)上高溫(wēn)下的長(zhang)期試驗(yan)。

  然而，氮(dàn)化矽也(ye)有缺點(dian)，其中包(bāo)括抗拉(la)強度低(di)，止裂㊙️韌(ren)性⛱️差和(he)熱膨脹(zhang)系數極(ji)低等。因(yin)此，要制(zhi)造和應(ying)用♻️陶瓷(ci)軸承，還(hai)需要做(zuò)大量🤟的(de)研究工(gōng)作。

  目前(qian)，SKF研究人(rén)員正在(zài)對碳化(huà)矽(SiC)、碳化(huà)钛(TiC)和氧(yǎng)化氮矽(xī)鋁(SiAlON)等其(qí)他一些(xie)陶瓷材(cái)料用做(zuo)球和套(tào)圈材料(liào)的适用(yòng)性進行(háng)評定，SKF已(yǐ)将🔴碳化(huà)矽用于(yú)40000轉/分的(de)軸承試(shì)驗💋。碳化(hua)矽作為(wéi)高溫軸(zhou)承的有(yǒu)利性能(néng)是良好(hao)的熱傳(chuán)導率、熱(rè)擴❗散性(xìng)和抗氧(yang)化性以(yǐ)及材料(liào)的高純(chun)度(幾乎(hu)不存在(zai)因雜質(zhi)造成的(de)✏️影響)，其(qi)不利🏃🏻‍♂️因(yin)素之一(yī)是彈性(xìng)模數高(gao)，約高出(chū)熱壓氮(dan)化矽50%，這(zhe)一點被(bei)認為是(shi)一個潛(qián)在的問(wèn)題，因為(wéi)它有産(chan)生高赫(hè)茲接觸(chù)應力♍的(de)危險。SKF研(yan)究人員(yuan)曾試圖(tú)考慮過(guo)通過調(diao)整滾道(dào)的曲率(lǜ)比來⁉️減(jiǎn)少這方(fang)面💜的影(yǐng)響，但這(zhè)樣做又(yòu)會導緻(zhì)摩擦升(shēng)熱的加(jiā)劇。