1.M50NiL軸承鋼(gāng)

  從1955年(nián)到1980年25年間，航空發動機軸承的轉速穩定增長，dn值已達到近2.5百(bǎi)萬。進入九十年代，航空發動機的高速和高溫對滾動軸承提出了更高(gāo)的要求。然而，現(xiàn)有(yǒu)的軸承鋼，即使是專用的耐高溫軸承鋼，如M50，18-4-1和(hé)14Cr-4Mo家族的各種派生鋼種，如CRB-7和(hé)GB-42，在明顯高于目前發動機(jī)軸承的溫度(dù)下仍能正常工作。但還(hái)有一個重要的(de)制(zhì)約因素，這就是淬透鋼軸承套圈在超高速條件下的(de)易斷裂性，這種故(gù)障發生時很少或根本沒有前兆(zhào)。

  為了找出一種既有(yǒu)M50軸承鋼所具有的性能，且斷裂性更好的軸承鋼，SKF的MRC軸承公司在美國空軍的支持下開展了一系列研究工作，最終選擇了M50NiL。

  M50NiL除斷裂韌性有所提(tí)高外，與其它高溫淬(cuì)透軸承材料相(xiàng)比，顯微組織和疲(pí)勞強度也都很好。其原因之(zhī)一是M50iL中沒有大顆粒碳化物，因此，這種鋼對碳化物引起的疲勞裂紋不敏感。

  盡管M50NiL原料的勘探比M50容易，且材料的軋制和鍛(duàn)造更方便(biàn)，但要想得到所需的理想淬(cuì)透層、芯(xīn)部顯微組織和(hé)一定的材料特性，必須精确控制淬火和熱處理工藝。為研究M50NiL處理方法，SKF付出了很大的努力，投入了大量的資金。MRC技術人員(yuán)認為，通過熱處(chù)理可使這種材料在鄰近滾道表面處産生殘餘(yú)壓應力，在高dn值條件下，該應力區可抵消圓(yuán)周應力的作用，從而提高軸承壽命(mìng)。采用SKF相奕(yì)控制工藝，可得到較高的壓應力，而且淬硬深度比傳統工藝高三(sān)倍。SKF曾用傳(chuán)統的方法對M50NiL做過熱處理試驗，得出的材料斷裂韌性值(zhí)為275~350MPa-m1/2，在軸承傳速達到dn=3百萬時，具有良好的(de)止裂特性。要提高軸承轉速和/或産(chǎn)生更大的表面缺陷，斷裂(liè)韌性值就必需接近700MPa-m1/2。為了提高芯部韌性(xìng)，SKF開發了一(yī)種工藝，可使(shǐ)熱處理後的(de)M50NiL在不喪失表面特性的情況下得到一個特定的芯部韌性。SKF研究(jiū)人員發現，該工藝還可提高殘留壓應力，從而進一步提高軸承的性能及可靠性。這(zhè)種工(gōng)藝包括将工(gōng)件從奧氏體化溫度冷卻到芯部和表層馬氏體開始形成的溫(wēn)度之間的一(yī)個溫度，然後将工件加熱到一個較高的溫度，并在表層(淬硬層(céng))冷(lěng)卻和相變之前回(huí)火芯部。通過選擇适當的芯部回火(huǒ)循環，可将芯部熱處理到所需的韌度和強度，而不會對表層特性有太大的影響。業(yè)已證明(míng)，根據所選擇的芯部回火溫度，芯部硬度應控制在30~45HRC。這種芯部(bù)韌性以前隻能在CBS600和Prowear53才能得到，現在KSF的熱處理工藝使具有良(liáng)好(hǎo)的耐高溫性能的M50NiL也具有宋的芯(xīn)部韌(rèn)性。此外，SKF研究(jiū)人員還發現這種表面淬硬鋼還具有其它一些特點。一是表面(miàn)處理。象滲氮鐵(FCN)這樣的表面處理對M50NiL具有有利的影響(xiǎng)，它可在不含(hán)碳化物(wù)顯微(wēi)組織的表面産生高壓應力(lì)區(＞1000MPa)。預期這種處理方法可(kě)提高抗腐蝕性、耐磨性和抗表面引起疲勞的特性。二是(shì)可焊接性能。由于M50NiL含碳(tàn)量低，因此，在需要将(jiāng)軸承與法蘭或其(qí)它相類(lèi)似的部件或材料連接起來制造單元軸承和複合結構部件時，可使(shǐ)用(yòng)這種(zhǒng)材料以降低成本。

  目前，用M50NiL制造(zào)的軸承(chéng)正在(zài)世界(jiè)上12種不同的飛機發(fā)動機上進行試驗或應用，SKF公司(sī)處于世界領先地位。

  2.陶瓷材料

  為飛機(jī)提供動力的燃氣渦輪發動機(jī)效率極高，可使飛機速度達到3馬(mǎ)赫以上。發動機主軸軸承(chéng)的(de)工作條件要求非常高，預計主軸(zhóu)轉速(sù)要超過30000轉/分，軸(zhóu)承最高極限溫度約800~900℃。從研究可以看出，在650℃以上的工作(zuò)溫度以使用高溫合金材料，要想得到(dào)長壽命，希望渺茫(máng)，而陶瓷材料(liào)為軸承工作溫度提高到明顯高于650℃帶來了希望。

  SKF通過研究，選出了一組(zǔ)可以滿足超高溫軸承工作要求的(de)高性能陶瓷材料，在1100℃以上高溫條件(jiàn)下，這些陶瓷(cí)材料中，有一種性能最佳，這(zhè)就是(shì)過去十年(nián)裡人們研制出(chū)的熱壓氮(dàn)化矽或等壓氮化矽(xī)(Si3N4)。氮化矽之所以是理想的材料，是因為它(tā)具有良好的高溫強(qiáng)度和硬度，以及(jí)有(yǒu)利的強度/重(zhòng)量關系。當潤滑充(chōng)分時，還具有(yǒu)極佳的抗滾動疲勞(láo)特性(xìng)。1984年，SKF就在美(měi)國用(yòng)固體潤滑劑對該材(cái)料進行了500℃以上高溫下的(de)長期(qī)試驗。

  然而(ér)，氮化矽也有(yǒu)缺點，其中(zhōng)包括抗拉強度低，止裂韌性差和熱膨(péng)脹系數極低等。因此(cǐ)，要制造和應用陶瓷軸承，還需(xū)要做大量的研究工作。

  目前，SKF研究人員(yuán)正在對碳化矽(SiC)、碳化钛(TiC)和氧化氮矽鋁(SiAlON)等其他一些陶瓷材(cái)料用做球和套圈材料的适用性進(jìn)行評定，SKF已将碳化矽(xī)用于40000轉/分的軸(zhóu)承試(shì)驗。碳(tàn)化矽作為高溫軸承的有利性能是良好(hǎo)的(de)熱傳導率、熱擴散性和抗氧化性以及材料的高純度(幾乎(hū)不存在因雜質造成的影(yǐng)響)，其不利因素之一是彈(dàn)性模(mó)數高，約高出熱壓氮化矽50%，這一點被認為是一(yī)個潛在的問題，因為它有産生高赫(hè)茲接觸應(yīng)力的危險(xiǎn)。SKF研究(jiū)人員曾試圖考慮過通過調整滾道的曲率比(bǐ)來減少這方面的影響，但這樣做又會導緻摩(mó)擦升熱的加劇(jù)。