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大阪府立大學等通過改進內外環材料提高滾珠軸承的耐熱性

  大阪府立大學研究生院工學研究專業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)聯合開發出了耐熱性出色的滾珠軸承。這種軸承的內外環采用鎳(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。而內外環材料的相關研究尚未取得進展,現有產品的內外環使用的是不銹鋼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)兩種合金作為內外環材料。在600℃的高溫下,使用內外環材料采用(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,進行了最長約為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,內外環軌道面的凹凸較少,滾動痕的寬度較小。而且(1)和(2)兩種軸承也未發現老化,內外環的氧化現象較輕。根據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,在高溫空氣環境中的壽命均大于第(3)種軸承的100小時,表現出了出色的耐熱性能(表)。

 

  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境中,實現不需要冷卻的裝置。由此,便可實現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運行的裝置,從而實現節能化。而且能夠提高爐內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境中使用。可直接將搬運裝置等放入腐蝕溶液中。

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