航空航天軸承是專為飛行系統設計的，這些軸承需要在高速（達到60,000 r/min）和寬溫度（從-54℃～500℃）范圍內運行，因此軸承應具備良好的可靠性。為了確保軸承在高溫、高速條件下的最佳性能，材料選擇、結構設計和制造方法起著關鍵作用，航空軸承材料通常有AMS6491（M50）鋼、AMS6444（碳鉻鋼）、AMS5930、不銹鋼和碳化鈦涂層鋼。
通用軸承鋼材料AISI 52100、AISI 4320和AISI 9310能夠滿足工作時間和速度的要求，有耐腐蝕性要求，可優先選擇AISI 440，而航空軸承廣泛使用的耐熱鋼包括M50、M50NiL、32CrMoV13和Pyrowear 675。
航空軸承用鋼
AMS 6191:
AMS 6191或M50是一種工具鋼，1950年代后在航空航天工業中得到廣泛應用，在低溫和高溫下都具有很高的硬度和抗壓強度，以及優秀的熱硬性和滾動疲勞性能。由于碳化鉬的存在，使其具有耐高溫、高硬度的獨特性能，經過硬化處理后M50鋼的硬度約為60HRC，可以承受高達316℃的工作溫度，在500℃時硬度仍能保持在55 HRC左右，這些特性加上其優異的抗疲勞性能，使其成為高精度、高載荷軸承應用的理想選擇，典型應用包括燃氣輪機和半導體組件。這種材料因含有原始碳化物而具有良好的耐磨性，通過雙重熱處理可以進一步增加硬化，即淬硬后接著在500℃下氮化40～70 h，材料硬度達到1000～1250 HV。
AMS 6481:
32CrMoV13或AMS 6481是一種深氮化鋼，適用于渦輪發動機，能夠適應渦輪發動機345℃高溫下的高速運轉。由于該鋼熱處理過程中氮化是在較低溫度下進行的，這種鋼的老化敏感性和硬度較低，所以引起的變形較小，加工制造更容易。有時淬火和回火處理也有助于減少形狀變化，因為它可以保持基材不軟化。
AMS 5930:
Pyrowear 675或AMS 5930是一種用于航空航天工業的滲碳馬氏體不銹鋼，從1990年就開始使用，以滿足兼具良好耐腐蝕性、韌性和使用溫度達到400℃的要求。由于這種材料的碳含量低，具有較高的芯部韌性，材料成分中鉻具有耐腐蝕性，鉬具有二次硬化和抗點蝕性，釩有助于碳化物的形成，從而提高耐磨性，鎳和鈷的存在避免了鐵素體的形成。對于這種材料，滲碳溫度要低，滲碳時間要長，以避免粗大的碳化物形成。表面退火和正火處理工藝可以消除碳化物的形成和過量碳的擴散，能夠使材料的表面硬度達到62HRC。
AMS 6278:
AMS 6278 或 M50 NiL 鋼是一種低碳高合金鋼，具有很高的強度和韌性，在高速和高溫下具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，基于此特性，被廣泛應用于航空航天工業。M50NiL是一種表面硬化鋼，具有很高的機械性能，如強度、韌性和疲勞性能，廣泛應用于航空航天工業的特殊傳動部件。
AISI 52100:
52100鉻鋼是最常見的軸承鋼材料，其具有出色的機械性能，材料成本低，供應廣泛，因此，在所有傳統軸承中占最大用量。52100鉻含量低，只提供基本的耐腐蝕性。根據軸承保持架材料的性質，52100鋼可以承受高達120℃的溫度，最高可達150℃使用溫度，但其硬度急劇下降，壽命大幅縮短。
AISI 316:
316是一種常用的奧氏體不銹鋼，該軸承材料硬度低，但耐腐蝕性非常好，也正是由于其出色的鹽霧測試性能，經常用于海上應用。相對比的，Cronidur30具有相似的耐腐蝕性能，卻不會損失硬度或疲勞壽命。值得注意的是，316不銹鋼通常是非磁性的，這是一個優點，如果不考慮保持架，316不銹鋼軸承可以在高達500℃的溫度下使用。由于316材料的非淬透性，只能用于承受低載荷、低轉速的半精密應用。
除上述鋼外，航空軸承鋼根據不同使用條件，還有多種材料的鋼，如440C、BG42等，甚至還有陶瓷材料，以滿足功能要求。軸承鋼材料的雙重硬化處理是主要熱處理方向之一。
參考文獻：
[1]馬芳,劉璐.航空軸承技術現狀與發展[J].航空發動機,2018,44(01):85-90.
[2]遲杰,楊曉峰,于遨海等.航空軸承典型表面處理技術[J].軸承,2022,(09):51-54.
[3]周麗娜,楊曉峰,劉明等.8Cr4Mo4V高溫軸承鋼熱處理及表面改性技術的研究進展[J].軸承,2021,(08):1-10.
[4]Bearings for aerospace applications.Tribology International 181 (2023) 108312.
[5]A review on heat treated bearing steels for aerospace appolications.Materials Today: Proceedings 68(2022)2038-2040.
來源：軸承雜志社
（版權歸原作者或機構所有）
