SKF航空滾動(dòng)軸承技術(shù) （二）?二.軸承材料熱處理新工藝 目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的標(biāo)準(zhǔn)材料是在溫度高達(dá)300℃的條件下具有很好的疲勞強(qiáng)度的高速鋼。但當(dāng)軸承以高速或超高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這種材料的斷裂韌性、硬度和抗裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展性等材料特性都不能滿足要求。為了改善材料組織，提高材料性能，滿足飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展對(duì)軸承的要求，SKF對(duì)現(xiàn)有三種不同的軸承材料進(jìn)行了研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了材料組織性能之間的相互關(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）和一種含碳0.65（重量百分比）、合金元素含量低的高速鋼派生材料。 1.斷裂韌性 在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于軸承轉(zhuǎn)速JI高，并由此產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，因此軸承材料的斷裂韌性尤為重要。 在淬硬的高速鋼中，斷裂過(guò)程包括起始碳化物裂紋引起的縫隙出現(xiàn)，或裂紋末端的彈性區(qū)中由于馬氏體基體組織造成的減聚力產(chǎn)生。SKF對(duì)這三種材料的研究表明，隨著材料韌性的提高，材料硬度調(diào)低，而且淬火溫度下降。這主要是由于馬氏體含量較低和半生的基體組織彈性的提高所到。鋼中大部分碳化物由較低的溫度淬硬，它們擇斷裂韌性產(chǎn)生不利的影響。在硬度低的情況下，由于材料屈服強(qiáng)度的調(diào)低，低硬度鋼斷裂植之間的差別取給取決于碳化物的具體分布情況，在硬度高的情況下，碳化物所占的體積下降，碳化物之間的間隙和彈性的大小約相同，此時(shí)，斷裂韌性就不再主要取決于碳化物的分布，而且基體組織彈性也Z小。所以這三種材料的斷裂韌性值集中在750HV和更高的硬度。在硬度低、彈性區(qū)大的情況下，通過(guò)提高碳化物直徑或在硬度不變的條件下減少碳化物的比值可提高斷裂韌性。而且，當(dāng)硬度提高時(shí)，斷裂韌性值的變化速度便下降。當(dāng)彈性區(qū)小而碳化物之間間隙大時(shí)，基體組織對(duì)斷裂韌性影響Z大。 總之，高速鋼的斷裂韌性主要取決于基體組織的彈性，而基體組織彈性又在很大程度上受馬氏體組織和其含碳量的影響。SKF研究人員同時(shí)指出，其中當(dāng)然也不能排除起始碳化物、殘余應(yīng)力、殘留奧氏體和回火中從馬氏體析出的碳化物等其它因素對(duì)斷裂韌性的影響。 2.疲勞裂紋的發(fā)展過(guò)程 SKF研究人員將裂紋的發(fā)展過(guò)程分為以下幾個(gè)階段： D一階段，裂紋開(kāi)始擴(kuò)展。雖然高速鋼的臨界應(yīng)力強(qiáng)度可通過(guò)熱處理改變，但其有值的變化范圍并不大，在3~5MPa/m2之間。 第二階段，裂紋擴(kuò)展。高速鋼的裂紋擴(kuò)展速度也相類似，如在10Mpa/m2情況下，約為5×10-6mm/循環(huán)。但用韌性較大的鋼材可減慢裂紋擴(kuò)展的速度。 第三階段，裂紋迅速擴(kuò)展。當(dāng)裂紋達(dá)到這一階段時(shí)，軸承M上就會(huì)失效。 3.表面處理工藝 根據(jù)對(duì)斷裂韌性和其它的關(guān)系及材料裂紋發(fā)展過(guò)程的研究分析，我們不難看出在dn值高且存在圓周應(yīng)力的情況下，高速鋼的表面處理和含碳量低的高速鋼硬化表面深度的變化具有重要的意義。為此，SKF研制了材料表面處理工藝，可增強(qiáng)表面硬度，并產(chǎn)生壓應(yīng)力。經(jīng)表面處理的材料具有以下特點(diǎn)：有較好的抗疲勞裂紋性，第二階段，已有裂紋的擴(kuò)展速度較低和淬火不足或含碳量低導(dǎo)致的芯部材料的斷裂韌性值較高等。 SKF開(kāi)發(fā)的這種表面處理加工方法包括： （1）用激光、電子束或感應(yīng)淬火等方法對(duì)淬火不足的普通高速鋼進(jìn)行局部熱處理，以得到表面淬硬層。這里需要指出的是淬火不足是為了提高斷裂韌性。 （2）用化學(xué)熱處理方法得到表面淬硬層。這種方法包括將碳或氮滲透到普通高速鋼顯微組織中，或小程度改變含碳量。 總之，SKF公司認(rèn)為在為下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制定新的鋼材分析方法或改進(jìn)熱處理工藝時(shí)，可以從表面處理得到的效應(yīng)中獲得相當(dāng)?shù)囊嫣帯？梢哉f(shuō)，如果用熱處理手段開(kāi)發(fā)的這種顯微組織和有關(guān)機(jī)械特性一旦被人們完全掌握，淬透鋼和高速鋼必將在航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承中得到chong分的利用。