发动机轴承的材料如何做到耐高温和润滑的

自从飞机发明以后，飞机日益成为现代文明不可缺少的交通工具。众所周知，飞机发动机是一架飞机最重要的零件之一，飞机发动机的轴承靠燃烧后的高温燃气推动涡轮，涡轮通过一根轴带动。

在复杂的发动机结构中，发动机轴承又是这个结构中最重要的，最核心的结构。可以这么说，发动机的整个结构，都是在轴承的带动下进行工作的；因此，轴承是决定发动机性能的一个“大脑”，对其制造的工艺也是最讲究的。

在这诸多性能中，耐热性能，是发动机的首重。如果一个发动机的轴承无法承受高速旋转下剧烈的摩擦所带来的高温，那再强的负载能力和润滑度，都是白搭。在俄系发动机中，俄国采用的是铸造式，而美国采用的是焊接式。国内受制于材料学和结构力学的原因，目前还没有解决耐高温的问题。

首先，我们来了解一下飞机发动机的运行工况：

1、高转速。一般飞机发动机的转速在18000转/分钟以上，这么高的转速对材料的要求是很高的。

2、高温。发动机运行温度非常的高，轴承的运行温度也可能达到300℃，轴承材料需要能耐受高温。

3、高可靠度。不管是民用飞机还是战斗机对可靠度的要求都是非常高的，稍有差池就是人命关天啊。

知道轴承的运行工况了，就可以选取适应该工况的轴承了，由于轴承运行温度很高，外圈采用耐高温且高温稳定性好的AISI M50材料，这种材料在300℃C时硬度仍可达到58HRC。

当高速运转时，由于轴承内圈是转动的，离心力非常大，轴承内圈截面承受环向拉应力，所以内圈表面不能有任何的微观裂纹，以避免在拉应力下裂纹扩展，因此常采用AISI M50NiL材料做内圈。

由于转速非常之高，为了降低钢球由于离心力带来的额外载荷，一般采用质量比较轻的，硬度比较高的陶瓷材料，比如氨化硅（Si3N4）或者碳化钛（TiC）等作为钢球材料，有时为了增加轴承内外圈的耐磨性和降低摩擦力，内-外圈滚道也喷镀陶瓷。

发动机温度可不止300℃C啊，最高要1500C以上，轴承温度怎么才300℃C，这就是润滑系统的功劳了，其实轴承润滑系统还有一个主要的功能就是冷却作用了。

以航空发动机主轴承为例，主轴承是航空发动机的关键部件之一。在高速、高温、受力复杂的条件下运转，主轴承质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和可靠性。

航空发动机的关键的指标之一就是高可靠性。要想保证可靠性，前提之一就是要保证发动机内的轴承具备长寿命-主轴承的寿命，军机航空发动机要求在3000小时以上，民机航空发动机要求更高，要达到数万小时。而航空发动机中轴承工作环境完全可以用“炼狱"来形容，它们不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。

其实，高速高速涡轮为了降低摩擦一般用全浮动轴承，只能传递扭矩，摩擦力降到最低，角接触轴承只是用来承受其他力矩轴向推力主要由止推轴承承受。发动机叶片主要由复合材料组成，压气机叶片没太大要求。发动机轴中有润滑道和气道。涡轮叶片和导气叶片中间有气道，叶片表面有用激光打出的小孔，工作时在叶片表面形成气膜隔开高温燃气。

为了增加发动机的性能和使用寿命，在高温合金发展过程中，制造工艺对合金的发展起着极大的推进作用。由于真空熔炼技术的出现，合金中有害杂质和气体的去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高。随后，定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功，推动了高温合金的迅猛发展。

其中定向凝固技术最为突出，采用定向凝固工艺制出的定向、单晶合金，其使用温度接近初熔点的90%。因此，目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制造涡轮叶片。从国际范围来看，镍基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系。粉末高温合金也由第一代650℃发展到750℃，850℃粉末涡轮盘和双性能粉末盘，用于先进高性能发动机。

轴承的制造，不仅仅需要材料学，力学和生产工艺的强大。也需要许多客观条件，例如，必须要有合适的原材料和出色的金属冶炼能力。不仅如此，发动机的实验过程也非一马平川，需要投入大量的资金，以及出色的人才和设备来进行各种类型的试验，这种投入很大的研究对于一个国家来说，也会造成很沉重的负担。