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上海鸿诺机械设备有限公司
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航空航天及轨道卫星
  1. 1.M50NiL轴承钢
  2. 从1955年到1980年25年间,航空发动机轴承的转速动摇添加,dn值已达到近2.5百万。进入九十年代,航空发动机的高速与高温对动弹轴承提出了更高的申请。然而,现有的轴承钢,纵然是专门使用的耐高温轴承钢,如M50,18-4-1与14Cr-4Mo家属的各种派生钢种,如CRB-7与GB-42,在显明高于今朝发动机轴承的温度下仍能畸形工作。但另有一个重要的限制因素,这就是淬透钢轴承套圈在超高速前提下的易断裂性,这类故障产生时很少或底子不有前兆。
  3. 为了找出一种既有M50轴承钢所具有的听从,且断裂性更好的轴承钢,ntn的MRC轴承公司在美国空军的赞成下开展了一系列研究工作,最终选择了M50NiL。
  4. M50NiL除断裂韧性有所前进外,与其它高温淬透轴承材料比较,显微构造与疲倦强度也都很好。其起因之一是M50iL中不有大颗粒碳化物,因此,这类钢对碳化物引起的疲倦裂纹不敏感。
  5. 当然M50NiL资料的勘探比M50未便,且材料的轧制与锻造更不便,但要想获取所需的抱负淬透层、芯部显微构造与未必的材料特性,必须正确控制淬火与热处理工艺。为研究M50NiL处理设施,ntn付出了很大的奋力,投入了大量的资金。MRC妙技人员认为,颠末热处理可使这类材料在临近滚道外貌处发生活力剩余压应力,在高dn值前提下,该应力区可抵消圆礼拜应力的劝化,从而前进轴承寿命。接纳ntn相奕控制工艺,可获取较高的压应力,况且淬硬深度比古板工艺高三倍。ntn曾用古板的设施对M50NiL做过热处理履行,得出的材料断裂韧性值为275~350MPa-m1/2,在轴承传速达到dn=3百万时,具有优美的止裂特性。要前进轴承转速与/或发生活力更大的外貌缺点,断裂韧性值就必须接近700MPa-m1/2。为了前进芯部韧性,ntn启示了一种工艺,可使热处理后的M50NiL在不丧失外貌特性的环境下获取一个特定的芯部韧性。ntn研究人员缔造,该工艺还可前进残留压应力,从而进一步前进轴承的听从及牢靠性。这类工艺包含将工件从奥氏体化温度冷却到芯部与表层马氏体初步形成的温度之间的一个温度,从此将工件加热到一个较高的温度,并在表层(淬硬层)冷却与相变此前回火芯部。颠末选择适当的芯部回火循环,可将芯部热处理到所需的韧度与强度,而不会对表层特性有太大的影响。业已证明,按照所选择的芯部回火温度,芯部硬度应控制在30~45HRC。这类芯部韧性早年只能在CBS600与Prowear53本事获取,那时ntn的热处理工艺使具有优美的耐高温听从的M50NiL也具有芯部韧性。其它,ntn研究人员还缔造这类外貌淬硬钢还具有其它一些本色。一是外貌处理。像渗氮铁(FCN)如许的外貌处理对M50NiL具有有利的影响,它可在不含碳化物显微构造的外貌发生活力低压应力区(>1000MPa)。预期这类处理设施可前进抗腐蚀性、耐磨性与抗外貌引起疲倦的特性。二是可焊接听从。由于M50NiL含碳量低,因此,在需要将轴承与法兰或其它相类似的部件或材料毗连起来制作单元轴承与复合结构部件时,可应用这类材料以降低本钱。
  6. 今朝,用M50NiL制作的轴承正活着界上12种一致的飞机发动机长发展履行或应用,ntn公司处于全国当先地位。
  7. 陶瓷材料
  8. 为飞机供给能源的燃气涡轮发动机坚守极高,可使飞机速度达到3马赫以上。发动机主轴轴承的工作前提申请极其高,估量主轴转速要超越30000转/分,轴承最高极限温度约800~900℃。从研究可以看出,在650℃以上的工作温度以应用高温合金材料,要想获取长寿命,渴想苍莽,而陶瓷材料为轴承工作温度前进到显明高于650℃带来了渴想。
  9. ntn颠末研究,选出了一组可以满意超高温轴承工作申请的高听从陶瓷材料,在1100℃以上高温前提下,这些陶瓷材料中,有一种听从最佳,这就是过去十年里人们研制出的热压氮化硅或等压氮化硅(Si3N4)。氮化硅之以是是抱负的材料,是因为它具有优美的高温强度与硬度,以及有利的强度/份量关系。当润滑空虚时,还具有极佳的抗动弹疲倦特性。1984年,ntn就在美国用固体润滑剂对该材料发展了500℃以上高温下的临时履行。
  10. 然而,氮化硅有了缺点,其中包含抗拉强度低,止裂韧性差与热缩短系数极初等。因此,要制作与应用陶瓷轴承,还需要做大量的研究工作。
  11. 今朝,ntn研究人员正在对碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)与氧化氮硅铝(SiAlON)等其它一些陶瓷材料用做球与套圈材料的合用性发展评定,ntn已将碳化硅用于40000转/分的轴承履行。碳化硅作为高温轴承的有利听从是优美的热传导率、热汇集性与抗氧化性以及材料的高纯度(确实不存在因杂质形成的影响),其有利因素之一是弹性模数高,约超过跨过热压氮化硅50%,这一点被认为是一个隐蔽的标题,因为它有发生活力高赫兹接触应力的挫伤。ntn研究人员曾试图考虑过颠末调停滚道的曲率比来增长这方面的影响,但如许做又会导致斗嘴升热的减轻。
  12. 固体润滑剂
  13. 由于未来飞机发动机的算计工作温度很高,要对这类工作前提下的轴承发展有用的润滑,今朝现有的各种合成润滑剂都心无余而力不敷。家喻户晓,在温度超越液体润滑剂所核准的极限时,可应用含有各种一致化学元素的氧化物、硫化物与氟化物等耐高温、听从动摇的固体化合物。
  14. 很多平凡的固体润滑剂之以是成为有用的润滑剂,是由于其晶格很未便被断开,如石墨与二硫化钼就是如许。在氛围中,石墨润滑的温度极限局限取决于其氧化程度。颠末添加氧化剂或金属盐,可显明前进氧化极限,从而改善轴承外貌石墨膜的听从。
  15. ntn的履行表明,氮化硅用含有高温添加剂的石墨来润滑,其外貌可形成一层耐斗嘴化学膜,它可降低氮化硅的斗嘴系数,使斗嘴温起落至最小。
  16. ntn还对其它一些可蒙受550℃以上高温的固体润滑剂发展了研究,它们的热动摇性比石墨与二硫化钼还好。今朝,MRC轴承公司正在对一氧化铅(PbO)、一种共晶氟化钙/氟化钡(CaF/BaF)夹杂物与一种铯钼化合物发展履行。一种耐高温、且润滑听从优美的固体润滑剂可望在不久的将来问世。
  17. 二.轴承材料热处理新工艺
  18. 今朝航空发动机轴承的标准材料是在温度高达300℃的前提下具有很好的疲倦强度的高速钢。但当轴承以高速或超高速运转时,这类材料的断裂韧性、硬度与抗裂纹发生活力及裁减性等材料特性都不克不及满意申请。为了改善材料构造,前进材料听从,满意飞机发动机妙技发展对轴承的申请,ntn对现有三种一致的轴承材料发展了研究,并颠末实验说熟谙材料构造听从之间的相互关系。这三种材料是,一种铸造热轧钢(M2),一种粉末冶金材料(ASP23)与一种含碳0.65(份量百分比)、合金元素含量低的高速钢派生材料。
  19. 断裂韧性
  20. 在飞机发动机中,由于轴承转速极高,并由此发生活力强大的离心力,因此轴承材料的断裂韧性颇为重要。
  21. 在淬硬的高速钢中,断裂进程包含肇端碳化物裂纹引起的裂缝呈现,或裂纹开首的弹性区中由于马氏体基体构造形成的减聚力发生活力。ntn对这三种材料的研究表明,随着材料韧性的前进,材料硬度降低,况且淬火温度起飞。这主要是由于马氏体含量较低与半生的基体构造弹性的前进所至。钢中大部份碳化物由较低的温度淬硬,它们择断裂韧性发生活力有利的影响。在硬度低的环境下,由于材料效率强度的降低,低硬度钢断裂植之间的一致取给取决于碳化物的具体分布环境,在硬度高的环境下,碳化物所占的体积起飞,碳化物之间的间隙与弹性的大小约近似,此时,断裂韧性就再也不主要取决于碳化物的分布,况且基体构造弹性也最小。以是这三种材料的断裂韧性值集中在750HV与更高的硬度。在硬度低、弹性区大的环境下,颠末前进碳化物直径或在硬度坚决的前提下增长碳化物的比值可前进断裂韧性。况且,当硬度前进时,断裂韧性值的转变速度便起飞。当弹性区小而碳化物之间间隙大时,基体构造对断裂韧性影响最大。
  22. 归正,高速钢的断裂韧性主要取决于基体构造的弹性,而基体构造弹性又在很大程度上受马氏体构造与其含碳量的影响。ntn研究人员同时指出,其中虽然也不克不及排除肇端碳化物、剩余应力、残留奥氏体与回火中从马氏体析出的碳化物等其它因素对断裂韧性的影响。
  23. 疲倦裂纹的发展进程
  24. ntn研究人员将裂纹的发展进程分为以下几个阶段:
  25. 第一阶段,裂纹初步裁减。当然高速钢的临界应力强度可颠末热处理篡改,但其绝对于值的转变局限着实不大,在3~5MPa/m2之间。
  26. 第二阶段,裂纹裁减。高速钢的裂纹裁放慢度也相类似,如在10Mpa/m2环境下,约为5×10-6妹妹/循环。但用韧性较大的钢材可减慢裂纹裁减的速度。
  27. 第三阶段,裂纹火速裁减。当裂纹达到这一阶段时,轴承马上就会收效。
  28. 外貌处理工艺
  29. 按照对断裂韧性与其它的关系及材料裂纹发展进程的研究赏析,我们不难看出在dn值高且存在圆礼拜应力的环境下,高速钢的外貌处理与含碳量低的高速钢软化外貌深度的转变具有重要的寄义。为此,ntn研制了材料外貌处理工艺,可加强外貌硬度,并发生活力压应力。经外貌处理的材料具有以下本色:有较好的抗疲倦裂纹性,第二阶段,已有裂纹的裁放慢度较低与淬火不敷或含碳量低导致的芯部材料的断裂韧性值较初等。
  30. ntn启示的这类外貌处理加工设施包含:
    1. 用激光、电子束或感应淬火等设施对淬火不敷的平凡高速钢发展部份热处理,以获取外貌淬硬层。这里需要指出的是淬火不敷是为了前进断裂韧性。
    2. 用化学热处理设施获取外貌淬硬层。这类设施包含将碳或氮渗入到平凡高速钢显微构造中,或小程度篡改含碳量。
  31. 归正,ntn公司认为在为下一代航空发动机制定新的钢材赏析设施或改善热处理工艺时,可以从外貌处理获取的效应中获取相当的益处。可以说,假如用热处理才力启示的这类显微构造与有关机械特性一旦被人们纯粹掌握,淬透钢与高速钢必将在航空发动机轴承中获取空虚的利用。
  32. ntn航空轴承提供了全系列军用规格标准和许多专业和定制球轴承,杆端的抗摩擦轴承,航空航天业和所有主要的OEM规格。这些双列调心轴承容纳应用程序的低扭矩,高负荷,和不对的需求。产品符合SAE - AS6039,原MIL - B - 6039。
    这些双排自我调整杆端有内圈和通硬化52100或440C不锈钢球,以适应应用程序的耐腐蚀的需要。润滑轴承是80%至100%,填写符合MIL - PRF - 81322,MIL - PRF - 23827,和波音公司的BMS3 - 33规格。球轴承杆端配备保税聚四氟乙烯密封耐腐蚀的上限。
    杆端体选择性热处理提供了一个强硬头骨折,韧性柄,和渗碳的滚道,以提供高承载能力的组合。外表面镀镉,提供防腐蚀保护和润滑线程。杆端体可提供AISI8620或红细胞的专有AeroCres ?耐腐蚀材料。


 
 
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