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航空航天及軌道衛星

1.M50NiL軸承鋼
從1955年到1980年25年間，航空發(fā)動(dòng)機軸承的轉速動(dòng)搖添加，dn值已達到近2.5百萬(wàn)。進(jìn)入九十年代，航空發(fā)動(dòng)機的高速與高溫對動(dòng)彈軸承提出了更高的申請。然而，現有的軸承鋼，縱然是專(zhuān)門(mén)使用的耐高溫軸承鋼，如M50，18-4-1與14Cr-4Mo家屬的各種派生鋼種，如CRB-7與GB-42，在顯明高于今朝發(fā)動(dòng)機軸承的溫度下仍能畸形工作。但另有一個(gè)重要的限制因素，這就是淬透鋼軸承套圈在超高速前提下的易斷裂性，這類(lèi)故障產(chǎn)生時(shí)很少或底子不有前兆。
為了找出一種既有M50軸承鋼所具有的聽(tīng)從，且斷裂性更好的軸承鋼，ntn的MRC軸承公司在美國空軍的贊成下開(kāi)展了一系列研究工作，最終選擇了M50NiL。
M50NiL除斷裂韌性有所前進(jìn)外，與其它高溫淬透軸承材料比較，顯微構造與疲倦強度也都很好。其起因之一是M50iL中不有大顆粒碳化物，因此，這類(lèi)鋼對碳化物引起的疲倦裂紋不敏感。
當然M50NiL資料的勘探比M50未便，且材料的軋制與鍛造更不便，但要想獲取所需的抱負淬透層、芯部顯微構造與未必的材料特性，必須正確控制淬火與熱處理工藝。為研究M50NiL處理設施，ntn付出了很大的奮力，投入了大量的資金。MRC妙技人員認為，顛末熱處理可使這類(lèi)材料在臨近滾道外貌處發(fā)生活力剩余壓應力，在高dn值前提下，該應力區可抵消圓禮拜應力的勸化，從而前進(jìn)軸承壽命。接納ntn相奕控制工藝，可獲取較高的壓應力，況且淬硬深度比古板工藝高三倍。ntn曾用古板的設施對M50NiL做過(guò)熱處理履行，得出的材料斷裂韌性值為275~350MPa-m1/2，在軸承傳速達到dn=3百萬(wàn)時(shí)，具有優(yōu)美的止裂特性。要前進(jìn)軸承轉速與/或發(fā)生活力更大的外貌缺點(diǎn)，斷裂韌性值就必須接近700MPa-m1/2。為了前進(jìn)芯部韌性，ntn啟示了一種工藝，可使熱處理后的M50NiL在不喪失外貌特性的環(huán)境下獲取一個(gè)特定的芯部韌性。ntn研究人員締造，該工藝還可前進(jìn)殘留壓應力，從而進(jìn)一步前進(jìn)軸承的聽(tīng)從及牢靠性。這類(lèi)工藝包含將工件從奧氏體化溫度冷卻到芯部與表層馬氏體初步形成的溫度之間的一個(gè)溫度，從此將工件加熱到一個(gè)較高的溫度，并在表層（淬硬層）冷卻與相變此前回火芯部。顛末選擇適當的芯部回火循環(huán)，可將芯部熱處理到所需的韌度與強度，而不會(huì )對表層特性有太大的影響。業(yè)已證明，按照所選擇的芯部回火溫度，芯部硬度應控制在30~45HRC。這類(lèi)芯部韌性早年只能在CBS600與Prowear53本事獲取，那時(shí)ntn的熱處理工藝使具有優(yōu)美的耐高溫聽(tīng)從的M50NiL也具有芯部韌性。其它，ntn研究人員還締造這類(lèi)外貌淬硬鋼還具有其它一些本色。一是外貌處理。像滲氮鐵（FCN）如許的外貌處理對M50NiL具有有利的影響，它可在不含碳化物顯微構造的外貌發(fā)生活力低壓應力區（＞1000MPa）。預期這類(lèi)處理設施可前進(jìn)抗腐蝕性、耐磨性與抗外貌引起疲倦的特性。二是可焊接聽(tīng)從。由于M50NiL含碳量低，因此，在需要將軸承與法蘭或其它相類(lèi)似的部件或材料毗連起來(lái)制作單元軸承與復合結構部件時(shí)，可應用這類(lèi)材料以降低本錢(qián)。
今朝，用M50NiL制作的軸承正活著(zhù)界上12種一致的飛機發(fā)動(dòng)機長(cháng)發(fā)展履行或應用，ntn公司處于全國當先地位。
陶瓷材料
為飛機供給能源的燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機堅守極高，可使飛機速度達到3馬赫以上。發(fā)動(dòng)機主軸軸承的工作前提申請極其高，估量主軸轉速要超越30000轉/分，軸承最高極限溫度約800~900℃。從研究可以看出，在650℃以上的工作溫度以應用高溫合金材料，要想獲取長(cháng)壽命，渴想蒼莽，而陶瓷材料為軸承工作溫度前進(jìn)到顯明高于650℃帶來(lái)了渴想。
ntn顛末研究，選出了一組可以滿(mǎn)意超高溫軸承工作申請的高聽(tīng)從陶瓷材料，在1100℃以上高溫前提下，這些陶瓷材料中，有一種聽(tīng)從最佳，這就是過(guò)去十年里人們研制出的熱壓氮化硅或等壓氮化硅（Si3N4）。氮化硅之以是是抱負的材料，是因為它具有優(yōu)美的高溫強度與硬度，以及有利的強度/份量關(guān)系。當潤滑空虛時(shí)，還具有極佳的抗動(dòng)彈疲倦特性。1984年，ntn就在美國用固體潤滑劑對該材料發(fā)展了500℃以上高溫下的臨時(shí)履行。
然而，氮化硅有了缺點(diǎn)，其中包含抗拉強度低，止裂韌性差與熱縮短系數極初等。因此，要制作與應用陶瓷軸承，還需要做大量的研究工作。
今朝，ntn研究人員正在對碳化硅（SiC）、碳化鈦（TiC）與氧化氮硅鋁（SiAlON）等其它一些陶瓷材料用做球與套圈材料的合用性發(fā)展評定，ntn已將碳化硅用于40000轉/分的軸承履行。碳化硅作為高溫軸承的有利聽(tīng)從是優(yōu)美的熱傳導率、熱匯集性與抗氧化性以及材料的高純度（確實(shí)不存在因雜質(zhì)形成的影響），其有利因素之一是彈性模數高，約超過(guò)跨過(guò)熱壓氮化硅50%，這一點(diǎn)被認為是一個(gè)隱蔽的標題，因為它有發(fā)生活力高赫茲接觸應力的挫傷。ntn研究人員曾試圖考慮過(guò)顛末調停滾道的曲率比來(lái)增長(cháng)這方面的影響，但如許做又會(huì )導致斗嘴升熱的減輕。
固體潤滑劑
由于未來(lái)飛機發(fā)動(dòng)機的算計工作溫度很高，要對這類(lèi)工作前提下的軸承發(fā)展有用的潤滑，今朝現有的各種合成潤滑劑都心無(wú)余而力不敷。家喻戶(hù)曉，在溫度超越液體潤滑劑所核準的極限時(shí)，可應用含有各種一致化學(xué)元素的氧化物、硫化物與氟化物等耐高溫、聽(tīng)從動(dòng)搖的固體化合物。
很多平凡的固體潤滑劑之以是成為有用的潤滑劑，是由于其晶格很未便被斷開(kāi)，如石墨與二硫化鉬就是如許。在氛圍中，石墨潤滑的溫度極限局限取決于其氧化程度。顛末添加氧化劑或金屬鹽，可顯明前進(jìn)氧化極限，從而改善軸承外貌石墨膜的聽(tīng)從。
ntn的履行表明，氮化硅用含有高溫添加劑的石墨來(lái)潤滑，其外貌可形成一層耐斗嘴化學(xué)膜，它可降低氮化硅的斗嘴系數，使斗嘴溫起落至最小。
ntn還對其它一些可蒙受550℃以上高溫的固體潤滑劑發(fā)展了研究，它們的熱動(dòng)搖性比石墨與二硫化鉬還好。今朝，MRC軸承公司正在對一氧化鉛（PbO）、一種共晶氟化鈣/氟化鋇（CaF/BaF）夾雜物與一種銫鉬化合物發(fā)展履行。一種耐高溫、且潤滑聽(tīng)從優(yōu)美的固體潤滑劑可望在不久的將來(lái)問(wèn)世。
二.軸承材料熱處理新工藝
今朝航空發(fā)動(dòng)機軸承的標準材料是在溫度高達300℃的前提下具有很好的疲倦強度的高速鋼。但當軸承以高速或超高速運轉時(shí)，這類(lèi)材料的斷裂韌性、硬度與抗裂紋發(fā)生活力及裁減性等材料特性都不克不及滿(mǎn)意申請。為了改善材料構造，前進(jìn)材料聽(tīng)從，滿(mǎn)意飛機發(fā)動(dòng)機妙技發(fā)展對軸承的申請，ntn對現有三種一致的軸承材料發(fā)展了研究，并顛末實(shí)驗說(shuō)熟諳材料構造聽(tīng)從之間的相互關(guān)系。這三種材料是，一種鑄造熱軋鋼（M2），一種粉末冶金材料（ASP23）與一種含碳0.65（份量百分比）、合金元素含量低的高速鋼派生材料。
斷裂韌性
在飛機發(fā)動(dòng)機中，由于軸承轉速極高，并由此發(fā)生活力強大的離心力，因此軸承材料的斷裂韌性頗為重要。
在淬硬的高速鋼中，斷裂進(jìn)程包含肇端碳化物裂紋引起的裂縫呈現，或裂紋開(kāi)首的彈性區中由于馬氏體基體構造形成的減聚力發(fā)生活力。ntn對這三種材料的研究表明，隨著(zhù)材料韌性的前進(jìn)，材料硬度降低，況且淬火溫度起飛。這主要是由于馬氏體含量較低與半生的基體構造彈性的前進(jìn)所至。鋼中大部份碳化物由較低的溫度淬硬，它們擇斷裂韌性發(fā)生活力有利的影響。在硬度低的環(huán)境下，由于材料效率強度的降低，低硬度鋼斷裂植之間的一致取給取決于碳化物的具體分布環(huán)境，在硬度高的環(huán)境下，碳化物所占的體積起飛，碳化物之間的間隙與彈性的大小約近似，此時(shí)，斷裂韌性就再也不主要取決于碳化物的分布，況且基體構造彈性也最小。以是這三種材料的斷裂韌性值集中在750HV與更高的硬度。在硬度低、彈性區大的環(huán)境下，顛末前進(jìn)碳化物直徑或在硬度堅決的前提下增長(cháng)碳化物的比值可前進(jìn)斷裂韌性。況且，當硬度前進(jìn)時(shí)，斷裂韌性值的轉變速度便起飛。當彈性區小而碳化物之間間隙大時(shí)，基體構造對斷裂韌性影響最大。
歸正，高速鋼的斷裂韌性主要取決于基體構造的彈性，而基體構造彈性又在很大程度上受馬氏體構造與其含碳量的影響。ntn研究人員同時(shí)指出，其中雖然也不克不及排除肇端碳化物、剩余應力、殘留奧氏體與回火中從馬氏體析出的碳化物等其它因素對斷裂韌性的影響。
疲倦裂紋的發(fā)展進(jìn)程
ntn研究人員將裂紋的發(fā)展進(jìn)程分為以下幾個(gè)階段：
第一階段，裂紋初步裁減。當然高速鋼的臨界應力強度可顛末熱處理篡改，但其絕對于值的轉變局限著(zhù)實(shí)不大，在3~5MPa/m2之間。
第二階段，裂紋裁減。高速鋼的裂紋裁放慢度也相類(lèi)似，如在10Mpa/m2環(huán)境下，約為5×10-6妹妹/循環(huán)。但用韌性較大的鋼材可減慢裂紋裁減的速度。
第三階段，裂紋火速裁減。當裂紋達到這一階段時(shí)，軸承馬上就會(huì )收效。
外貌處理工藝
按照對斷裂韌性與其它的關(guān)系及材料裂紋發(fā)展進(jìn)程的研究賞析，我們不難看出在dn值高且存在圓禮拜應力的環(huán)境下，高速鋼的外貌處理與含碳量低的高速鋼軟化外貌深度的轉變具有重要的寄義。為此，ntn研制了材料外貌處理工藝，可加強外貌硬度，并發(fā)生活力壓應力。經(jīng)外貌處理的材料具有以下本色：有較好的抗疲倦裂紋性，第二階段，已有裂紋的裁放慢度較低與淬火不敷或含碳量低導致的芯部材料的斷裂韌性值較初等。
ntn啟示的這類(lèi)外貌處理加工設施包含：

用激光、電子束或感應淬火等設施對淬火不敷的平凡高速鋼發(fā)展部份熱處理，以獲取外貌淬硬層。這里需要指出的是淬火不敷是為了前進(jìn)斷裂韌性。
用化學(xué)熱處理設施獲取外貌淬硬層。這類(lèi)設施包含將碳或氮滲入到平凡高速鋼顯微構造中，或小程度篡改含碳量。

歸正，ntn公司認為在為下一代航空發(fā)動(dòng)機制定新的鋼材賞析設施或改善熱處理工藝時(shí)，可以從外貌處理獲取的效應中獲取相當的益處�？梢哉f(shuō)，假如用熱處理才力啟示的這類(lèi)顯微構造與有關(guān)機械特性一旦被人們純粹掌握，淬透鋼與高速鋼必將在航空發(fā)動(dòng)機軸承中獲取空虛的利用。
ntn航空軸承提供了全系列軍用規格標準和許多專(zhuān)業(yè)和定制球軸承，桿端的抗摩擦軸承，航空航天業(yè)和所有主要的OEM規格。這些雙列調心軸承容納應用程序的低扭矩，高負荷，和不對的需求。產(chǎn)品符合SAE - AS6039，原MIL - B - 6039。
這些雙排自我調整桿端有內圈和通硬化52100或440C不銹鋼球，以適應應用程序的耐腐蝕的需要。潤滑軸承是80％至100％，填寫(xiě)符合MIL - PRF - 81322，MIL - PRF - 23827，和波音公司的BMS3 - 33規格。球軸承桿端配備保稅聚四氟乙烯密封耐腐蝕的上限。
桿端體選擇性熱處理提供了一個(gè)強硬頭骨折，韌性柄，和滲碳的滾道，以提供高承載能力的組合。外表面鍍鎘，提供防腐蝕保護和潤滑線(xiàn)程。桿端體可提供AISI8620或紅細胞的專(zhuān)有AeroCres ?耐腐蝕材料。