1.m50nil軸承鋼(gāng)

  從1955年到1980年25年(nián)間(jiān)，航空發動(dòng)機軸(zhóu)承的轉速穩定增長(zhǎng)，dn值已(yǐ)達到(dào)近2.5百(bǎi)萬。進入九(jiǔ)十年(nián)代，航(háng)空(kōng)發動機(jī)的高(gāo)速和高溫對滾(gǔn)動軸(zhóu)承提(tí)出了更高(gāo)的要求。然(rán)而，現(xiàn)有的軸承鋼，即(jí)使是專用(yòng)的耐(nài)高溫(wēn)軸承鋼，如(rú)m50，18-4-1和14cr-4mo家(jiā)族的(de)各種派(pài)生(shēng)鋼(gāng)種，如crb-7和(hé)gb-42，在明顯(xiǎn)高于目(mù)前發動機(jī)軸承的溫(wēn)度(dù)下(xià)仍能(néng)正常(cháng)工作。但還有一個重(zhòng)要的(de)制約因素，這就(jiù)是淬透(tòu)鋼(gāng)軸承套圈(quān)在(zài)超(chāo)高速(sù)條件下的易斷(duàn)裂性(xìng)，這種故障(zhàng)發生時很少(shǎo)或(huò)根本沒有(yǒu)前兆(zhào)。

  為了(le)找出(chū)一種既有m50軸(zhóu)承鋼所具有的(de)性能，且(qiě)斷裂性更好的軸承鋼，skf的mrc軸承(chéng)公司在(zài)美國空(kōng)軍的(de)支持下開(kāi)展了(le)一系列研(yán)究工(gōng)作，最(zuì)終選(xuǎn)擇了m50nil。

  m50nil除斷(duàn)裂韌性有所(suǒ)提(tí)高外(wài)，與其它高溫淬(cuì)透(tòu)軸承材料相(xiàng)比，顯(xiǎn)微組織(zhī)和(hé)疲勞強(qiáng)度(dù)也都(dōu)很好(hǎo)。其(qí)原(yuán)因之(zhī)一是m50il中沒有大顆粒碳(tàn)化(huà)物，因(yīn)此，這種鋼對碳(tàn)化物(wù)引起(qǐ)的疲(pí)勞裂紋不(bú)敏感(gǎn)。

  盡管(guǎn)m50nil原(yuán)料的勘(kān)探比m50容易，且材(cái)料的軋制和鍛(duàn)造更方便(biàn)，但要想得(dé)到所需的(de)理想淬透層、芯部(bù)顯微組(zǔ)織和(hé)一定的材料(liào)特(tè)性，必須精确控(kòng)制淬火和(hé)熱處理工(gōng)藝。為研究(jiū)m50nil處理(lǐ)方法(fǎ)，skf付出了很(hěn)大的努(nǔ)力(lì)，投入了大量的(de)資金。mrc技術人員(yuán)認為，通過(guò)熱處(chù)理可(kě)使這種材(cái)料在鄰近(jìn)滾道(dào)表面處産生殘餘壓應(yīng)力，在高(gāo)dn值條件(jiàn)下，該應(yīng)力(lì)區可抵(dǐ)消圓(yuán)周應(yīng)力的(de)作用，從而提高(gāo)軸承壽命。采(cǎi)用skf相奕(yì)控制(zhì)工藝，可得到較高的壓應(yīng)力，而且(qiě)淬(cuì)硬深(shēn)度比傳統(tǒng)工藝(yì)高三倍。skf曾(céng)用傳統的(de)方法對m50nil做過熱(rè)處理試驗(yàn)，得出的材料斷(duàn)裂韌性(xìng)值為275~350mpa-m1/2，在(zài)軸承傳速達到(dào)dn=3百萬時，具(jù)有良好的(de)止裂特性(xìng)。要提高軸(zhóu)承轉(zhuǎn)速和(hé)/或産生更(gèng)大的表面缺陷(xiàn)，斷裂(liè)韌性值就(jiù)必需接近700mpa-m1/2。為了提高芯部韌性(xìng)，skf開發(fā)了一(yī)種工(gōng)藝，可使(shǐ)熱(rè)處理(lǐ)後的m50nil在不(bú)喪失表面(miàn)特性的情(qíng)況下得到一個(gè)特定(dìng)的(de)芯(xīn)部韌(rèn)性。skf研究(jiū)人(rén)員發(fā)現，該工藝還可(kě)提高(gāo)殘留(liú)壓應(yīng)力，從而進一步(bù)提高軸承(chéng)的性(xìng)能及可靠性。這種工藝包括将工件從奧氏體(tǐ)化溫度(dù)冷(lěng)卻到芯部和(hé)表層馬(mǎ)氏體開始形成的溫(wēn)度之間的(de)一個溫度，然後将工(gōng)件加熱到(dào)一個較高(gāo)的溫度，并在(zài)表層(淬(cuì)硬層(céng))冷卻和相變之前回火芯(xīn)部。通過選(xuǎn)擇(zé)适當的(de)芯部回火(huǒ)循環，可将(jiāng)芯部(bù)熱處理到(dào)所需的韌度和(hé)強度(dù)，而不會對(duì)表層(céng)特性有太(tài)大的(de)影響。業(yè)已證明(míng)，根據所選擇的(de)芯部(bù)回火溫度(dù)，芯部硬度(dù)應控制在(zài)30~45hrc。這種(zhǒng)芯部(bù)韌性以前隻能在cbs600和prowear53才能得到(dào)，現(xiàn)在ksf的(de)熱(rè)處理(lǐ)工藝使具有良(liáng)好的耐高(gāo)溫性能的(de)m50nil也具有宋(sòng)的芯部韌性。此外，skf研究人員還(hái)發現這種(zhǒng)表面淬硬(yìng)鋼還具有(yǒu)其它一些特點(diǎn)。一是(shì)表面處理(lǐ)。象滲氮鐵(tiě)(fcn)這樣(yàng)的表面處理對(duì)m50nil具有有利(lì)的影(yǐng)響，它可(kě)在不含(hán)碳化(huà)物顯(xiǎn)微組(zǔ)織的表面産生(shēng)高壓應力區(qū)(＞1000mpa)。預(yù)期這種處理方(fāng)法可提高抗腐(fǔ)蝕性(xìng)、耐(nài)磨性和抗(kàng)表面引(yǐn)起疲(pí)勞的(de)特性(xìng)。二是(shì)可焊接性能。由于m50nil含(hán)碳量低，因此，在(zài)需(xū)要(yào)将軸承與(yǔ)法蘭或其(qí)它相(xiàng)類似的部(bù)件或(huò)材(cái)料連接(jiē)起來制(zhì)造單元(yuán)軸承和(hé)複(fú)合結構部件時，可使用這種材料以降低成本。

  目前(qián)，用m50nil制(zhì)造的軸承(chéng)正在(zài)世界(jiè)上12種(zhǒng)不(bú)同的(de)飛機發(fā)動機上進(jìn)行試驗或(huò)應用(yòng)，skf公司(sī)處于世界(jiè)領先(xiān)地位。

  2.陶瓷(cí)材料(liào)

  為飛(fēi)機提供動(dòng)力的燃(rán)氣渦輪發動機(jī)效率極(jí)高，可(kě)使(shǐ)飛機速(sù)度達(dá)到3馬(mǎ)赫以(yǐ)上。發動機主軸(zhóu)軸承的工作條(tiáo)件要(yào)求非(fēi)常高(gāo)，預計主軸(zhóu)轉速(sù)要超(chāo)過(guò)30000轉/分，軸(zhóu)承最(zuì)高極(jí)限溫(wēn)度約(yuē)800~900℃。從研究(jiū)可(kě)以看出，在(zài)650℃以上的工作溫度以(yǐ)使用高溫(wēn)合金材料，要想得到(dào)長壽命，希望渺(miǎo)茫，而陶瓷(cí)材料(liào)為軸承工作溫度提高到(dào)明顯高于650℃帶來了希(xī)望。

  skf通過研究，選(xuǎn)出了一組可以(yǐ)滿足超高溫軸(zhóu)承工作要(yào)求的(de)高性能陶(táo)瓷材(cái)料，在(zài)1100℃以上高溫(wēn)條件下，這些陶(táo)瓷材料中，有一種性(xìng)能最佳，這(zhè)就是(shì)過去十年(nián)裡人(rén)們研制出(chū)的熱(rè)壓氮化矽或等(děng)壓氮(dàn)化矽(xī)(si3n4)。氮化(huà)矽(xī)之所以(yǐ)是(shì)理想的材料(liào)，是因為它(tā)具有(yǒu)良好的高(gāo)溫強(qiáng)度和硬度(dù)，以及有利(lì)的強度/重(zhòng)量關系。當潤滑(huá)充分時，還具(jù)有極佳的抗滾動(dòng)疲勞特性。1984年，skf就在美國(guó)用(yòng)固體(tǐ)潤滑(huá)劑對(duì)該材(cái)料進行了500℃以上高溫下的(de)長期試驗。

  然而(ér)，氮化矽也(yě)有缺點，其(qí)中包括抗(kàng)拉強(qiáng)度低(dī)，止裂韌性(xìng)差和熱膨脹系(xì)數極(jí)低等。因此(cǐ)，要制(zhì)造和應用陶瓷軸(zhóu)承，還需(xū)要做大(dà)量(liàng)的研(yán)究工作。

  目前，skf研究人員正在對(duì)碳化(huà)矽(xī)(sic)、碳化钛(tic)和氧(yǎng)化氮矽鋁(sialon)等其他(tā)一些陶瓷材料用(yòng)做球和套(tào)圈(quān)材料的(de)适用性進(jìn)行評(píng)定，skf已将碳化矽(xī)用于40000轉/分(fèn)的(de)軸(zhóu)承試驗(yàn)。碳(tàn)化矽作為高溫(wēn)軸承(chéng)的有利性能是(shì)良好的熱(rè)傳導(dǎo)率、熱擴散(sàn)性和(hé)抗氧化性(xìng)以及(jí)材料的高純度(幾乎不存(cún)在因(yīn)雜質造成的影(yǐng)響)，其(qí)不(bú)利因素之一是(shì)彈(dàn)性模數高，約高出熱壓氮(dàn)化矽(xī)50%，這一點被認為(wéi)是一個潛(qián)在的問題(tí)，因為它有(yǒu)産生(shēng)高赫茲接觸應(yīng)力的危險(xiǎn)。skf研究(jiū)人員(yuán)曾試圖考(kǎo)慮過通過調整(zhěng)滾道的曲率比(bǐ)來減少(shǎo)這(zhè)方面(miàn)的影(yǐng)響，但這樣(yàng)做又會導緻摩(mó)擦升熱的加(jiā)劇。