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大阪府立大學等通過改進內(nèi)外環(huán)材料提高滾珠軸承的耐熱性

發(fā)布時間:2009-08-25
 大阪府立大學研究生院工學研究專業(yè)材料工學領域教授高杉隆幸和副教授金野泰幸,與日本Pillow Block(總部:大阪府堺市)聯(lián)合開發(fā)出了耐熱性出色的滾珠軸承。這種軸承的內(nèi)外環(huán)采用鎳(Ni)基金屬化合物合金材料,通過使用氮化硅滾珠和固體潤滑保持器,延長了在高溫下的使用壽命。
 研究小組表示,以往提高滾珠軸承的耐熱性時,需使用陶瓷滾珠和固體潤滑劑。而內(nèi)外環(huán)材料的相關研究尚未取得進展,現(xiàn)有產(chǎn)品的內(nèi)外環(huán)使用的是不銹鋼SUS440C,耐熱溫度為300℃左右。
 因此,此次研究時采用了單相NiSiTi金屬間化合物和雙相NiAlV金屬間化合物(Ni基超合金·超合金)兩種合金作為內(nèi)外環(huán)材料。在600℃的高溫下,使用內(nèi)外環(huán)材料采用(1)單相NiSiTi金屬間化合物、(2)雙相NiAlV金屬間化合物以及(3)SUS440C的3種滾珠軸承,進行了Z長約為100小時(SUS440C軸承的壽命)的旋轉測試。
 測試結果表明,(1)和(2)兩種軸承在高溫測試槽底部產(chǎn)生的磨耗粉量均少于第(3)種軸承(圖2)。另外,(1)和(2)兩種軸承與第(3)種軸承相比,內(nèi)外環(huán)軌道面的凹凸較少,滾動痕的寬度較小。而且(1)和(2)兩種軸承也未發(fā)現(xiàn)老化,內(nèi)外環(huán)的氧化現(xiàn)象較輕。根據(jù)磨耗量計算軸承的壽命,第(1)種軸承可達到8336小時,第(2)種可達到2072小時,在高溫空氣環(huán)境中的壽命均大于第(3)種軸承的100小時,表現(xiàn)出了出色的耐熱性能(表)。

 
圖2:在大氣壓力600℃高溫下旋轉約100小時后的軸承與磨耗粉(上),內(nèi)環(huán)溝道底部的磨痕(下)。左起分別為第(3)、(1)、(2)種軸承。
表:在600℃高溫下進行旋轉測試后的內(nèi)外環(huán)磨耗量與壽命預測值。自上而下分別為第(3)、(1)、(2)種軸承。
 通過使(1)和(2)兩種軸承達到實用水平,可在原來冷卻之后才能使用的高溫環(huán)境中,實現(xiàn)不需要冷卻的裝置。由此,便可實現(xiàn)裝置的小型化并降低成本。另外,這些軸承還可用于高溫爐內(nèi)運行的裝置,從而實現(xiàn)節(jié)能化。而且能夠提高爐內(nèi)溫度及空氣條件的控制精度。特別是第(1)種軸承,由于具備30%以上的常溫塑性加工能力,因此還具有制造時可采用壓延加工方式的優(yōu)點。
 另外,(1)和(2)兩種軸承還具有出色的耐腐蝕性,可在高溫及化學腐蝕等環(huán)境中使用?芍苯訉徇\裝置等放入腐蝕溶液中。
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