航空发动机主轴轴承M50NIL钢应用技术研究

发布时间：2020-10-17 14:32

　　 航空发动机主轴轴承使用工况特点主要为高温、高载荷和高速。轴承在配合产生的拉应力和高速旋转下套圈及滚动体产生的高离心力作用下,轴承套圈将产生周向拉应力,当工作表面周向拉应力过大时容易导致表面疲劳,从而使采用韧性较差材料的轴承套圈出现疲劳断裂,随着航空发动机的升级换代轴承结构从标准化过渡为弹支轴承一体化结构,要求材料变形延展能力较高。综合以上情况,四代机以后发动机主轴轴承材料中由M50NiL钢逐渐替代M50钢,此钢种虽相对具有更好的延展性和耐疲劳性,但在型号应用中出现了多起引导面磨损问题,表明此材料的成熟应用仍存在非常大的薄弱环节,因此本文主要从M50NiL钢基础性能、耐磨性和表面改性等方面开展研究,掌握材料性能、弥补材料薄弱点、进一步挖掘材料性能,从而使M50NiL钢尽快成熟应用于航空发动机轴承中。本文主要围绕以下三方面开展研究:通过对M50NiL钢材料本身物理特性和化学特性进行全面分析,并与M50钢进行全面性能指标对比,结合该两种钢材轴承的应用情况,找出M50NiL钢的优点和缺点。优点主要为具有长寿命、结构复杂、耐高温和高dn值的特点,缺点为该材料作为引导存在表面不耐磨损的问题。针对M50NiL钢引导面易磨损的缺点,从机理上分析此材料不耐磨的原因,从内部结构设计、表面涂层和表面强化等方面开展论证,结合国外相关资料的查阅制定解决措施,并通过初步试验验证措施的有效性,表面涂覆TiN薄膜可以避免磨损。通过对渗氮工艺技术进行研究,确定最佳的制备工艺路线,并完成试样加工,经过与国外试样进行硬度、应力梯度对比,确定国产M50NiL钢二次硬化技术的优缺点,从而不断完善、提高,最终实现M50NiL钢各项应用指标与国外相当的目标。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V263
【部分图文】：

图 1-1 国外 M50NiL 钢轴承渗碳图[20]图 1-2 国外渗碳 M50NiL 钢硬度曲线分布图[20]在材料渗氮技术方面研究，首次提出 M50NiL 钢二次硬化概念，即材料本体基础上先进行渗碳处理，再进行渗氮处理以进一步提高轴承的耐疲劳性、耐磨性和寿命。针对材料渗氮技术，国外开展了大量的实验研究：一是通过电解

图 1-1 国外 M50NiL 钢轴承渗碳图[20]图 1-2 国外渗碳 M50NiL 钢硬度曲线分布图[20]在材料渗氮技术方面研究，首次提出 M50NiL 钢二次硬化概念，即材料本体基础上先进行渗碳处理，再进行渗氮处理以进一步提高轴承的耐疲劳性、耐磨性和寿命。针对材料渗氮技术，国外开展了大量的实验研究：一是通过电解

国外M50NiL钢轴承结构形式
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本文编号：2844912