被譽為工業皇冠上明珠的航空發動機軸承是拿什麼材料做的?

2020-12-16 航空之家AH

傳統航空發動機主軸承的材料多是M50。1980年代,在M50基礎上發展出M50NiL,它添加了鎳,降低了碳,是一種表面滲碳鋼。兩則的主要成分如下圖。M50NiL的表面硬度可達60~64HRC。

圖、M50和M50NiL成分一覽圖

航空發動機為了保證軸承在高DN值、高溫和負荷下工作,它的內、外環和滾子的材料硬度都不小於RC58,不然軸承就會出現「壓傷」損壞。隨著工作溫度的提升,材料的硬度也會逐漸下降。通常使用最普遍的是SAE 52100軸承鋼,當工作環境超過175攝氏度時,硬度就低於RC58,這已經不能適應現代航發主軸承的需求,如下圖所示,高溫軸承鋼WB-49的最大使用溫度可達537攝氏度。

航空發動機的轉速和渦輪前燃氣溫度日益水漲船高,主軸承的工作溫度也不斷提升。軸承工作的溫度範圍相當寬泛,它即要求能在-55攝氏度容易啟動,還要在高溫下正常工作,還需要適應停車後的溫度變化。當發動機停車後,冷卻軸承的滑油循環系統停止工作,渦輪葉片、輪盤和軸的殘餘熱量也逐漸傳導到渦輪軸承上,它的溫度隨著停車時間的增加而逐漸提升。一般在停車40分鐘後,渦輪軸承的溫度還能高出正常工作溫度100~150攝氏度。

當軸承工作溫度低於175攝氏度時,可採用普通的SAE52100軸承鋼。MHT軸承鋼是在SAE52100中添加1.3%的鋁,它的工作溫度可提升到260攝氏度。M-50適用溫度在170~315攝氏度。M1和M2在500攝氏度時硬度還能滿足要求,但這也達到它們抗氧化性能的極限。WB-49滲碳鋼雖然高溫性能好,可以在537攝氏度工作,但是目前的製造工藝還不足以做出可靠的滾珠,而只能用來做內、外環。滾珠則採用M1材質。

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