航天轴承的材料选择对于确保其在极端环境下的性能至关重要。这些材料需要具备高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性以及良好的耐高温性能。以下是一些常见的航天轴承材料:
1. 耐热钢
M50(AMS 6191):这是一种在航空航天工业中广泛应用的工具钢,具有在高温和低温下都很高的硬度和抗压强度,以及优秀的热硬性和滚动疲劳性能。它可以承受高达316℃的工作温度,在500℃时硬度仍能保持在较高水平。
M50NiL:在M50基础上发展而来,添加了镍并降低了碳含量,是一种表面渗碳钢,具有更高的强度和韧性,适用于更严苛的工作环境。
32CrMoV13(AMS 6481):这是一种深氮化钢,适用于涡轮发动机,能够适应高温高速运转。
Pyrowear 675(AMS 5930):渗碳马氏体不锈钢,兼具良好的耐腐蚀性、韧性和高温性能,使用温度可达400℃。
2. 不锈钢
AISI 440:如果航天轴承有耐腐蚀性要求,AISI 440是一个不错的选择,它具有较高的耐腐蚀性和硬度。
3. 轴承钢
SAE 52100:这是常见的轴承钢材料,具有出色的机械性能和较低的成本,但在高温环境下硬度会下降。
高碳铬轴承钢(如GCr15和GCr15SiMn):这些材料用于制造轴承套圈和滚动体,具有较高的硬度和耐磨性,适用于一般工作温度范围。
4. 特殊材料
碳化钛涂层钢:通过在钢表面涂覆碳化钛,可以显著提高材料的耐高温、耐磨和耐腐蚀性能。
陶瓷材料:虽然制造成本较高且难以制造成复杂的几何形状,但陶瓷材料具有极高的硬度和化学稳定性,适用于极端条件下的航天轴承。
60NiTi合金:近期NASA的研究发现这种合金可以满足硬度大、耐腐蚀、弹性模量低和良好的摩擦学性能等要求,成为航天轴承的候选新材料。
5. 保持架材料
钢质保持架:如低碳钢板冲压浪形、筐形、盒形等,适用于一般工作环境。
有色金属:如硅青铜和铝材,用于高温条件下的实体保持架。
工程塑料:如增强尼龙66和聚四氟乙烯,具有一定的耐腐蚀性和自润滑性能,但需注意其“老化”问题。
综上所述,航天轴承的材料选择多种多样,具体取决于轴承的使用环境、工作条件和性能要求。在实际应用中,通常会根据具体需求进行材料的选择和优化设计。