第十章船机主要零件的材料和热处理课件

选材的动机选材的动机开发新产品、产品的改进和更新换代。开发新产品、产品的改进和更新换代。选材原则选材原则使用使用、工艺性能、工艺性能经济性经济性环境与资源原则环境与资源原则第十章第十章船机主要零件的材料和热处理船机主要零件的材料和热处理选材的动机 开发新产品、产品的改进和更新换代。第十章 1一、材料的使用性能一、材料的使用性能首要原则首要原则.零件的工作条件和失效形式零件的工作条件和失效形式零件失效类型零件失效类型变形变形弹、塑性变形。弹、塑性变形。断裂断裂脆、塑性，疲劳断裂。脆、塑性，疲劳断裂。表面损伤表面损伤磨损、腐蚀等。磨损、腐蚀等。零件零件工作条件工作条件常见失效形式常见失效形式性能要求性能要求应力应力种类种类载荷载荷性质性质受载受载状态状态螺栓螺栓拉、剪拉、剪静载静载-过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性传动轴传动轴弯、扭弯、扭循环循环冲击冲击轴颈轴颈摩擦摩擦疲劳断裂，疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损过量变形，轴颈磨损综合力学性能综合力学性能传动齿轮传动齿轮压、弯压、弯循环循环冲击冲击摩擦摩擦振动振动断齿，磨损，断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳疲劳断裂，接触疲劳表面高硬度及疲劳表面高硬度及疲劳极限，心部强度及韧性极限，心部强度及韧性弹簧弹簧扭、弯扭、弯交变交变冲击冲击振动振动弹性失稳，弹性失稳，疲劳破坏疲劳破坏弹性极限，弹性极限，屈强比，疲劳极限屈强比，疲劳极限零件失效的原因零件失效的原因设计、材料、加工、安装和使用。设计、材料、加工、安装和使用。一、材料的使用性能 首要原则.零件的工作条件和失效2.工作环境工作环境温度，介质（如腐蚀，摩擦）。温度，介质（如腐蚀，摩擦）。.特殊功能要求特殊功能要求导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。.性能要求的指标化性能要求的指标化如强硬度、塑韧性等的具体数值。如强硬度、塑韧性等的具体数值。手册数据、经验公式的局限性手册数据、经验公式的局限性力学性能与零件尺寸有关力学性能与零件尺寸有关40钢不同尺寸毛坯的力学性能钢不同尺寸毛坯的力学性能热处理条件热处理条件毛坯尺寸毛坯尺寸/mmmmb/MPa/%AKU/J850淬火淬火580016120307501580500回火回火5070015561006001340.工作环境 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。.特殊3二、工艺性能二、工艺性能铸、锻、焊、机加工、热处理铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺路线零件的加工工艺路线一般零件一般零件毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工轴、齿轮轴、齿轮等等毛坯毛坯预先热处理（正火、退火）预先热处理（正火、退火）粗加工粗加工最终热处理（淬火最终热处理（淬火回火，时效，渗回火，时效，渗C等）等）精加工精加工精密丝杠精密丝杠毛坯毛坯预先热处理预先热处理粗加工粗加工最终热处理最终热处理半精加工半精加工时效（或时效（或N化）化）精加工精加工时效时效二、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理零件的加工工艺4三、经济性三、经济性根本原则根本原则.产品成本分析产品成本分析基本材料的成本（价格、利用率）基本材料的成本（价格、利用率）占总成本的占总成本的3070%制造（加工）成本制造（加工）成本约占零件成本的约占零件成本的30%加工成本加工成本=工具与设备费用工具与设备费用+每件产品成本每件产品成本生产批量生产批量三、经济性 根本原则.产品成本分析基本材料的成本5四、环境与资源原则四、环境与资源原则贯穿材料生产、使用、废弃的全过程贯穿材料生产、使用、废弃的全过程.减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。重要金属的世界储量重要金属的世界储量.环境污染小环境污染小废气排放少废气排放少材料回收及降解材料回收及降解储量（储量（10106t）可用年数可用年数再生率再生率(%)(%)Fe110610931.7Al11703516.9Cu3082440.9Zn1231821.2Mo5.436Ag0.21441.0Cr775112Ti14751四、环境与资源原则 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程6典型零件的选材与工艺典型零件的选材与工艺一、曲轴的工作条件和对材料的要求一、曲轴的工作条件和对材料的要求1、曲轴的工作条件、曲轴的工作条件受交变载荷、弯矩和扭矩的作用，在横截面变化处存在较大的应力集中。受交变载荷、弯矩和扭矩的作用，在横截面变化处存在较大的应力集中。2、对曲轴材料的要求、对曲轴材料的要求具有良好的综合机械性能；足够的疲劳强度；优良的耐磨性。具有良好的综合机械性能；足够的疲劳强度；优良的耐磨性。主轴颈主轴颈中碳钢（中碳钢（30、40、45等）等）曲柄曲柄铸钢（铸钢（ZG270-450、ZG310-570、ZG25MnV等）等）第一节第一节曲轴曲轴二、曲轴的材料和热处理二、曲轴的材料和热处理1、曲轴的材料、曲轴的材料1）船用大型低速柴油机的半组合式曲轴）船用大型低速柴油机的半组合式曲轴 典型零件的选材与工艺一、曲轴的工作条件和对材料的要求主轴72）船用中、高速柴油机的整体式曲轴）船用中、高速柴油机的整体式曲轴中碳钢：中碳钢：35、40、45调质钢：调质钢：35CrMo、40Cr等等球墨铸铁：球墨铸铁：QT600-03等等2、曲轴毛坯的生产、曲轴毛坯的生产大、中型整体式曲轴大、中型整体式曲轴自由锻；自由锻；大型半组合式曲轴大型半组合式曲轴主轴颈用锻钢；曲柄用锻钢或铸钢（液压套合工艺）；主轴颈用锻钢；曲柄用锻钢或铸钢（液压套合工艺）；小型曲轴小型曲轴模锻；模锻；球墨铸铁曲轴球墨铸铁曲轴铸造成型。铸造成型。2）船用中、高速柴油机的整体式曲轴中碳钢：35、40、4584、曲轴轴颈的表面强化处理、曲轴轴颈的表面强化处理目的：提高耐磨性和疲劳强度。目的：提高耐磨性和疲劳强度。1）表面热处理（氮化）表面热处理（氮化）2）喷丸、滚压强化。）喷丸、滚压强化。3、曲轴的热处理、曲轴的热处理原则：为了得到综合机械性能，曲轴的组织必须为原则：为了得到综合机械性能，曲轴的组织必须为S或或S。1）碳素钢曲轴锻件）碳素钢曲轴锻件正火（代替调质），获得正火（代替调质），获得S。2）合金钢曲轴锻件）合金钢曲轴锻件调质，获得调质，获得S。3）铸钢曲柄）铸钢曲柄正火。正火。4）球墨铸铁曲柄）球墨铸铁曲柄正火。正火。4、曲轴轴颈的表面强化处理3、曲轴的热处理 9第二节第二节连杆连杆十字十字头式式连杆杆无十字无十字头式式连杆杆第二节 连杆十字头式连杆无十字头式连杆101、连杆的材料、连杆的材料船用大型中、低速柴油机船用大型中、低速柴油机中碳钢（中碳钢（35、40、45）调质钢（调质钢（40Cr、35CrMo等）等）高速大功率柴油机高速大功率柴油机合金调质钢（合金调质钢（40Cr、35CrMo、42CrMo等）等）一、连杆的工作条件和对材料的要求一、连杆的工作条件和对材料的要求1、连杆的工作条件：承受周期性变化的气体力、惯性力作用，、连杆的工作条件：承受周期性变化的气体力、惯性力作用，使连杆内部产生很大的交变拉、压应力和弯曲应力。使连杆内部产生很大的交变拉、压应力和弯曲应力。2、对连杆材料的要求：疲劳强度高，综合机械性能好。、对连杆材料的要求：疲劳强度高，综合机械性能好。二、连杆的材料和热处理二、连杆的材料和热处理1、连杆的材料船用大型中、低速柴油机中碳钢（35、40、112、连杆的热处理、连杆的热处理1）船用大型低速机）船用大型低速机正火（选用中碳钢，如正火（选用中碳钢，如40、45等）等）2）中、高速柴油机）中、高速柴油机调质（选用合金调质钢，如调质（选用合金调质钢，如40Cr、35CrMo等）等）3、连杆毛坯锻造成型的方法、连杆毛坯锻造成型的方法模锻和自由锻模锻和自由锻2、连杆的热处理1）船用大型低速机正火（选用中碳钢，如412第三节第三节气缸套气缸套二冲程柴油机气缸套二冲程柴油机气缸套四冲程柴油机气缸套四冲程柴油机气缸套第三节 气缸套二冲程柴油机气缸套四冲程柴油机气缸套13气缸套的内圆表面受到高温、高压燃气的作用、气缸套的内圆表面受到高温、高压燃气的作用、活塞组件的强烈摩擦和燃气的腐蚀；活塞组件的强烈摩擦和燃气的腐蚀；气缸套的外表面受到冷却水的腐蚀和穴蚀；气缸套的外表面受到冷却水的腐蚀和穴蚀；另外，还有内、外温差引起的热应力。另外，还有内、外温差引起的热应力。2、对气缸套材料的要求、对气缸套材料的要求二、气缸套材料及表面热处理二、气缸套材料及表面热处理1、气缸套材料、气缸套材料1）大型低速柴油机和一般中、高速柴油机）大型低速柴油机和一般中、高速柴油机灰铸铁（灰铸铁（HT250、HT300等）等）合金铸铁（高磷铸铁、钒钛铸铁）合金铸铁（高磷铸铁、钒钛铸铁）1 1、气缸套的工作条件、气缸套的工作条件具有较高的强度、刚度，以及良好的耐磨性、耐蚀性和导热性。具有较高的强度、刚度，以及良好的耐磨性、耐蚀性和导热性。一、气缸套的工作条件及对材料的要求一、气缸套的工作条件及对材料的要求 气缸套的内圆表面受到高温、高压燃气的作用、2、对14球墨铸铁（球墨铸铁（QT600-03等）等）合金铸铁（硼铸铁）合金铸铁（硼铸铁）3、气缸套的生产工艺、气缸套的生产工艺大、中型柴油机，单件小批量大、中型柴油机，单件小批量砂型铸造。砂型铸造。中、小型柴油机成批生产中、小型柴油机成批生产离心铸造。离心铸造。2）中、高速强载柴油机）中、高速强载柴油机2、气缸套表面处理、气缸套表面处理1）表面热处理）表面热处理表面淬火、氮化。表面淬火、氮化。2）表面处理）表面处理松孔镀铬（耐磨、耐蚀、摩擦系数小、硬度高）松孔镀铬（耐磨、耐蚀、摩擦系数小、硬度高）注意；镀铬缸套和镀铬活塞环不能配合使用，否则易产生拉缸事故。注意；镀铬缸套和镀铬活塞环不能配合使用，否则易产生拉缸事故。球墨铸铁（QT600-03等）3、气缸套的生产工艺2）中、高15第四节第四节活塞活塞筒形活塞筒形活塞十字十字头式活塞式活塞一、活塞的工作条件及对材料的要求一、活塞的工作条件及对材料的要求第四节 活塞 筒形活塞十字头式活塞一、活塞的工作条161、活塞的工作条件、活塞的工作条件足够的强度、硬度，较高的疲劳强度和高温性能；足够的强度、硬度，较高的疲劳强度和高温性能；优良的导热性和较小的膨胀系数；优良的导热性和较小的膨胀系数；耐磨性和耐蚀性好，比重小（对高速柴油机尤其重要）。耐磨性和耐蚀性好，比重小（对高速柴油机尤其重要）。二、活塞材料及热处理二、活塞材料及热处理1、活塞材料、活塞材料1）船用中、低速柴油机）船用中、低速柴油机裙部：灰铸铁（裙部：灰铸铁（HT250、HT300）组合式活塞：组合式活塞：头部：铸钢（头部：铸钢（ZG320-450、ZG25CrMo）直接受到高温高压燃气的和往复惯性力的作用，因此活塞承受很高的热直接受到高温高压燃气的和往复惯性力的作用，因此活塞承受很高的热应力和机械应力；应力和机械应力；同时，活塞在往复运动中还存在摩擦和撞击（润滑不良时更为严重）。同时，活塞在往复运动中还存在摩擦和撞击（润滑不良时更为严重）。2、对活塞材料的要求、对活塞材料的要求整体式活塞：整体式活塞：灰铸铁、球墨铸铁灰铸铁、球墨铸铁1、活塞的工作条件 足够的强度、硬度，较172）中、高速柴油机）中、高速柴油机铸造铝合金（铸造铝合金（ZL108、ZL110）3）高速强载柴油机）高速强载柴油机锻铝合金（锻铝合金（LD8、LD10、LD11等）等）2、活塞的热处理、活塞的热处理1）铸铁活塞）铸铁活塞一般采用退火。一般采用退火。2）铸钢活塞（头部）铸钢活塞（头部）采用采用正火正火（碳素钢）或（碳素钢）或调质调质（合金钢）。（合金钢）。3）铝合金活塞）铝合金活塞采用淬火采用淬火+时效处理时效处理3、活塞的生产工艺、活塞的生产工艺整体式铸铁活塞整体式铸铁活塞砂型铸造或金属型铸造；砂型铸造或金属型铸造；整体式铸铝合金活塞整体式铸铝合金活塞金属模离心铸造；金属模离心铸造；锻铝活塞锻铝活塞模锻。模锻。2）中、高速柴油机铸造铝合金（ZL108、ZL110）18第五节第五节活塞销活塞销活塞销是筒形活塞式柴油机中活塞和连杆之间的连接件，活塞销是筒形活塞式柴油机中活塞和连杆之间的连接件，支承连杆小端并与其保持一定的相对运动。支承连杆小端并与其保持一定的相对运动。一、活塞销的工作条件及对材料的要求一、活塞销的工作条件及对材料的要求1、活塞销的工作条件、活塞销的工作条件受到气体力和活塞往复惯性力周期性强烈冲击和弯曲作用，受到气体力和活塞往复惯性力周期性强烈冲击和弯曲作用，并在连杆小端轴承边缘和活塞销座之间承受剪切作用；并在连杆小端轴承边缘和活塞销座之间承受剪切作用；活塞销与连杆小端有相对运动，其表面存在较大的摩擦和磨损。活塞销与连杆小端有相对运动，其表面存在较大的摩擦和磨损。2、对活塞销材料的要求、对活塞销材料的要求足够的强度、刚度和冲击韧性，较高的疲劳强度，足够的强度、刚度和冲击韧性，较高的疲劳强度，表面具有较高的硬度和耐磨性能。表面具有较高的硬度和耐磨性能。第五节 活塞销活塞销是筒形活塞式柴油机中活塞和连杆之间的连19表面：回火马氏体表面：回火马氏体二、活塞销的材料和热处理二、活塞销的材料和热处理1、活塞销的材料、活塞销的材料2 2、活塞、活塞销的的热处理理 1 1）热处理工理工艺渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火 低碳钢低碳钢F+PF+P（原来组织）（原来组织）合金渗碳钢合金渗碳钢MM低低+F+F心部：心部：低碳钢（低碳钢（15、20渗碳处理）渗碳处理）合金渗碳钢合金渗碳钢15Cr、20Cr、20CrMnTi等等2 2）热处理后的理后的组织表面：回火马氏体二、活塞销的材料和热处理2、活塞销的热处理低20第六节第六节活塞环活塞环一、活塞环的工作条件及对材料的要求一、活塞环的工作条件及对材料的要求筒形活塞筒形活塞十字十字头式活塞式活塞第六节 活塞环一、活塞环的工作条件及对材料的要求筒形活塞十211、活塞环的工作条件、活塞环的工作条件2、对活塞环材料的要求、对活塞环材料的要求活塞环还在活塞环槽中有上下往复、回转和扭转等运动，活塞环还在活塞环槽中有上下往复、回转和扭转等运动，工作条件极工作条件极为恶劣劣。受到高温、高压燃气的作用，同时因随活塞组件在气缸中作往复运动，受到高温、高压燃气的作用，同时因随活塞组件在气缸中作往复运动，其外圆表面产生强烈的摩擦和磨损；其外圆表面产生强烈的摩擦和磨损；足够的强度和一定的硬度（低速机足够的强度和一定的硬度（低速机HB180220，高速机，高速机HB190230）；）；良好的耐磨性和磨合性（一般要求活塞环的硬度比气缸套高良好的耐磨性和磨合性（一般要求活塞环的硬度比气缸套高HB1020）；）；良好的耐热性、导热性、抗蚀性。良好的耐热性、导热性、抗蚀性。二、活塞环的材料二、活塞环的材料1 1、各类型柴油机普遍采用、各类型柴油机普遍采用铸铁（孕育铸铁、球墨铸铁、合金铸铁）铸铁（孕育铸铁、球墨铸铁、合金铸铁）2、有些高速大功率柴油机采用、有些高速大功率柴油机采用钢制刮油环。（耐热钢）钢制刮油环。（耐热钢）1、活塞环的工作条件2、对活塞环材料的要求 活塞环还在活塞环22三、活塞环的表面处理三、活塞环的表面处理1、主要方法、主要方法镀铬：镀铬：提高耐磨性能。提高耐磨性能。喷钼：喷钼：提高耐磨性、抗拉缸性、耐热性，提高耐磨性、抗拉缸性、耐热性，减少摩擦系数和改善表面的储油性。减少摩擦系数和改善表面的储油性。2、其它强化方法：喷涂陶瓷、渗硫、激光热处理等、其它强化方法：喷涂陶瓷、渗硫、激光热处理等三、活塞环的表面处理1、主要方法镀铬：提高耐磨性能。2、其它23第七节第七节气阀气阀气阀是柴油机配气机构中的主要零件。气阀是柴油机配气机构中的主要零件。一、气阀的工作条件及对材料的要求一、气阀的工作条件及对材料的要求1、气阀的工作条件、气阀的工作条件头部直接与高温高压燃气接触，承受较高的热负荷，头部直接与高温高压燃气接触，承受较高的热负荷，并受高温废气的腐蚀；并受高温废气的腐蚀；同时气阀和阀座受高压燃气的交变载荷；同时气阀和阀座受高压燃气的交变载荷；气阀关闭时有撞击；气阀关闭时有撞击；阀杆与导套之间的相对运动产生磨损。阀杆与导套之间的相对运动产生磨损。具有较高的高温强度和高温抗腐蚀性能；具有较高的高温强度和高温抗腐蚀性能；具有较高的耐磨性、抗冲击性；具有较高的耐磨性、抗冲击性；热膨胀系数小、导热性好热膨胀系数小、导热性好2、对气阀材料的要求、对气阀材料的要求第七节 气阀 气阀是柴油机配气机构中的主要零件。一、气阀的24二、气阀材料及热处理二、气阀材料及热处理1、气阀材料、气阀材料1）进气阀）进气阀合金调质钢（合金调质钢（40Cr、35CrMo、40CrNi等）或等）或气阀钢（气阀钢（4Cr9Si2）2）排气阀）排气阀气阀钢（气阀钢（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)奥氏体型耐热钢（奥氏体型耐热钢（1Cr18Ni9A）2、气阀钢的热处理、气阀钢的热处理合金调质钢合金调质钢淬火淬火+高温回火（调质）。高温回火（调质）。气阀钢气阀钢先退火（消除锻造毛坯中的部分先退火（消除锻造毛坯中的部分M组织），再调质。组织），再调质。局部热处理：在阀杆的顶端和阀盘（气阀的工作面）处需表面热处理。局部热处理：在阀杆的顶端和阀盘（气阀的工作面）处需表面热处理。二、气阀材料及热处理 25第八节第八节精密偶件精密偶件精密偶件是柴油机燃油系统中的重要组件，它们分别是精密偶件是柴油机燃油系统中的重要组件，它们分别是高压油高压油泵中的柱塞泵中的柱塞-套筒组件、出油阀套筒组件、出油阀-阀座组件和喷油器中的针阀阀座组件和喷油器中的针阀-针阀针阀体体组件。组件。一、精密偶件的工作条件及对材料的要求一、精密偶件的工作条件及对材料的要求1、精密偶件的工作条件、精密偶件的工作条件工作面受到严重的摩擦和磨损，并受到高压燃油的腐蚀和冲击作用。工作面受到严重的摩擦和磨损，并受到高压燃油的腐蚀和冲击作用。2、对精密偶件材料的要求、对精密偶件材料的要求足够的强度和硬度（足够的强度和硬度（HRC60以上），较高的耐磨性、热硬性、以上），较高的耐磨性、热硬性、疲劳强度和冲击韧性，偶件材料的线膨胀系数相同，且金相组织稳定。疲劳强度和冲击韧性，偶件材料的线膨胀系数相同，且金相组织稳定。第八节 精密偶件 精密偶件是柴油机燃油系统中的重要261)GCr15淬火淬火+冷处理冷处理+低温回火；低温回火；2)CrWMn淬火淬火+冷处理冷处理+低温回火；低温回火；3)W18Cr4V淬火淬火+回火（回火（560三次）三次）4)38CrMoAlA调质调质+氮化氮化常用材料有：常用材料有：滚动轴承承钢（GCr15GCr15）低合金工具低合金工具钢（CrWMnCrWMn）高速高速钢（W18Cr4VW18Cr4V）氮化氮化钢（38CrMoAlA38CrMoAlA）等。）等。二、精密偶件的材料和二、精密偶件的材料和热处理理1 1、材料、材料2、热处理、热处理1)GCr15淬火+冷处理+低温回火；常用材料有：滚动轴27第九节第九节其他重要零部件的材料及热处理其他重要零部件的材料及热处理船用柴油机上的主轴承船用柴油机上的主轴承曲柄销轴承（连杆大端轴承）曲柄销轴承（连杆大端轴承）连杆小端轴承（十字头轴承或活塞销轴承）连杆小端轴承（十字头轴承或活塞销轴承）推力轴承、推进轴系的中间轴承、尾轴承（螺旋桨轴承）推力轴承、推进轴系的中间轴承、尾轴承（螺旋桨轴承）一、滑一、滑动轴承承锡基巴氏合金、铅青铜轴瓦的瓦壳锡基巴氏合金、铅青铜轴瓦的瓦壳铝基轴承合金的轴瓦的瓦壳铝基轴承合金的轴瓦的瓦壳低碳钢（低碳钢（0505、0808、1010、1515、2020）低碳钢（低碳钢（1010、1515、2020等）等）铸钢（铸钢（ZG230-450ZG230-450等）等）铸造青铜铸造青铜1 1、两半式厚壁和薄壁轴瓦、两半式厚壁和薄壁轴瓦1)1)瓦壳材料瓦壳材料第九节 其他重要零部件的材料及热处理船用柴油机上的主轴承一282)2)轴承合金材料轴承合金材料锡基巴氏合金（锡基巴氏合金（ZChSnSb11-6ZChSnSb11-6）铅青铜（铅青铜（ZCuPb30ZCuPb30）2020高锡铝合金高锡铝合金2 2、整体衬套式轴承（轴套）、整体衬套式轴承（轴套）1 1）瓦壳材料）瓦壳材料铸造锡青铜（铸造锡青铜（ZCuSn10P1ZCuSn10P1）低碳钢（低碳钢（1010、1515、2020）2 2）轴承合金材料）轴承合金材料锡基巴氏合金、铅青铜锡基巴氏合金、铅青铜2)轴承合金材料锡基巴氏合金（ZChSnSb11-6）2、291 1、重要螺栓的工作条件、重要螺栓的工作条件受力很复杂，有拉力、惯性力、冲击力和振动等受力很复杂，有拉力、惯性力、冲击力和振动等 周期性的作用。周期性的作用。2 2、对材料的要求、对材料的要求足够的强度和疲劳强度，适当的硬度；足够的强度和疲劳强度，适当的硬度；良好的塑性、韧性和切削加工性；良好的塑性、韧性和切削加工性；高的淬透性、耐蚀性和低的缺口敏感性等。高的淬透性、耐蚀性和低的缺口敏感性等。3 3、材料的选择、材料的选择中碳钢（中碳钢（4040、4545）调质钢（调质钢（40Cr40Cr、35CrMoA35CrMoA、40CrNi40CrNi等）等）4 4、热处理、热处理调质（中碳钢可用正火代替调质）调质（中碳钢可用正火代替调质）二、重要螺栓二、重要螺栓气缸盖螺栓、组合式活塞的连接螺栓、连杆螺栓等气缸盖螺栓、组合式活塞的连接螺栓、连杆螺栓等注意：一般中、高速柴油机多采用合金调质钢，大型低速机多用中碳钢。注意：一般中、高速柴油机多采用合金调质钢，大型低速机多用中碳钢。1、重要螺栓的工作条件受力很复杂，有拉力、惯性力、冲击力30三、涡轮机叶片三、涡轮机叶片1 1、涡轮机叶片的工作条件、涡轮机叶片的工作条件 在高温下承受很高的应力和高温燃气强烈的腐蚀。在高温下承受很高的应力和高温燃气强烈的腐蚀。2 2、对叶片材料的要求、对叶片材料的要求 在高温、高应力和强烈腐蚀条件下具有较高的强度、疲劳强度、在高温、高应力和强烈腐蚀条件下具有较高的强度、疲劳强度、冲击韧性、蠕变极限以及一定的塑性；冲击韧性、蠕变极限以及一定的塑性；较高的耐蚀性和良好的工艺性能。较高的耐蚀性和良好的工艺性能。3 3、叶片的材料、叶片的材料 马氏体不锈钢（马氏体不锈钢（1Cr131Cr13、2Cr132Cr13）耐热钢（耐热钢（4Cr14Ni14W2Mo4Cr14Ni14W2Mo）三、涡轮机叶片1、涡轮机叶片的工作条件2、对叶片材料的要求331四、螺旋桨四、螺旋桨1 1、工作条件、工作条件2 2、对螺旋桨材料的要求、对螺旋桨材料的要求 3 3、螺旋桨的材料、螺旋桨的材料1 1）锰黄铜（）锰黄铜（ZCuZn41Mn3Fe1ZCuZn41Mn3Fe1）和铝黄铜（）和铝黄铜（ZCuZn34Al5Mn2Fe2ZCuZn34Al5Mn2Fe2）适于大型海船和军舰的螺旋桨，适于大型海船和军舰的螺旋桨，但不适于高速船的螺旋桨（抗穴蚀性能差）。但不适于高速船的螺旋桨（抗穴蚀性能差）。在水下工作时，受到主机的巨大扭矩和水流的动力作用；在水下工作时，受到主机的巨大扭矩和水流的动力作用；还受到海水或河水的冲刷和腐蚀。还受到海水或河水的冲刷和腐蚀。具有高的强度、塑性和冲击韧性；具有高的强度、塑性和冲击韧性；良好的抗穴蚀和抗电化学腐蚀的能力；良好的抗穴蚀和抗电化学腐蚀的能力；良好的铸造性能和机械加工性能。良好的铸造性能和机械加工性能。2 2）铝青铜（）铝青铜（ZCuAl12Mn8Fe3Ni2ZCuAl12Mn8Fe3Ni2、ZCuAl14Mn8Fe3Ni2ZCuAl14Mn8Fe3Ni2）广泛用于大型高速海船和舰船螺旋桨（抗穴蚀性能好）。广泛用于大型高速海船和舰船螺旋桨（抗穴蚀性能好）。四、螺旋桨1、工作条件2、对螺旋桨材料的要求 3、螺旋323 3）铸铁（）铸铁（HT200HT200、HT250HT250或球墨铸铁）或球墨铸铁）可用于主机功率小，航速低的内河船舶螺旋桨。可用于主机功率小，航速低的内河船舶螺旋桨。4 4）铸钢（）铸钢（ZG230-450ZG230-450、ZG200-400ZG200-400）特种船舶亦可采用不锈钢（如特种船舶亦可采用不锈钢（如1Cr18Ni91Cr18Ni9）制作螺旋桨）制作螺旋桨5 5）非金属材料（塑料、复合材料）非金属材料（塑料、复合材料）常用于冰区和内河航行船舶的螺旋桨。常用于冰区和内河航行船舶的螺旋桨。主要用于小船的螺旋桨。主要用于小船的螺旋桨。3）铸铁（HT200、HT250或球墨铸铁）可用于主机功率小335.2典型零件的选材与工艺典型零件的选材与工艺一、齿轮选材一、齿轮选材性能要求性能要求齿面硬度（决定齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度弯曲、接触疲劳强度，耐磨性耐磨性）强度，韧性。强度，韧性。选材选材调质钢调质钢调质调质+表面淬火表面淬火+低温回火低温回火渗渗C钢钢硬度、韧性高。硬度、韧性高。实例实例载重汽车变速箱齿轮载重汽车变速箱齿轮性能指标性能指标b1000MPa，aKU250J，齿面硬度齿面硬度HRC55。选材选材20CrMnTi，b1080MPa，aKU255J，齿面齿面HRC5863。最终热处理工艺最终热处理工艺930渗渗C+预冷预冷830油淬油淬+200回火回火最终组织最终组织心部：回火心部：回火M+F齿面：回火齿面：回火M+碳化物碳化物+A工艺路线工艺路线锻造锻造正火正火机加工机加工渗渗C、淬火低温回火淬火低温回火喷丸喷丸磨削磨削5.2 典型零件的选材与工艺一、齿轮选材选材34二、机床主轴选材二、机床主轴选材性能要求性能要求强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。普通车床（轻载）主轴普通车床（轻载）主轴45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。铣床（中载）主轴铣床（中载）主轴40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。等调质，轴颈高频表面淬火。组合机床（重载）主轴组合机床（重载）主轴20CrMnTi，经渗经渗C、淬火、回火处理。淬火、回火处理。精密镗床（高精度）主轴精密镗床（高精度）主轴38CrMoAl，调质调质+N化化+时效。时效。实例实例C620车床车床主轴主轴，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高。，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高。性能指标性能指标硬度硬度220250HB，轴颈轴颈52HRC。选材选材45钢钢热处理工艺热处理工艺830水淬水淬+500回火回火+轴颈高频淬火轴颈高频淬火+200回火回火最终组织最终组织心部：回火心部：回火S轴颈表面：回火轴颈表面：回火M工艺路线工艺路线锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工表面淬火低温回火表面淬火低温回火磨削磨削二、机床主轴选材性能要求 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈35三、内燃机曲轴选材三、内燃机曲轴选材性能要求性能要求强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。选材选材调质钢（韧性高）、球墨铸铁。调质钢（韧性高）、球墨铸铁。实例实例175A型农用型农用柴油机曲轴柴油机曲轴性能指标性能指标b750MPa，整体硬度整体硬度240260HBS，轴颈表面硬度轴颈表面硬度625HV(HRC55),2%,aKU150kJ/m2。选材选材QT700-2热处理工艺热处理工艺880920正火正火 +500600回火回火+轴颈轴颈 N化化最终组织最终组织P+G+少量少量F工艺路线工艺路线铸造铸造高温正火高温正火高温回火高温回火机加工机加工轴颈轴颈 N化化三、内燃机曲轴选材性能要求 强度，韧性，弯曲、扭转36小结小结重点要求重点要求在一定的工况条件下，典型零件的选材及制定热处理工艺的方法。在一定的工况条件下，典型零件的选材及制定热处理工艺的方法。一般要求一般要求 1.1.选材原则选材原则 材料的使用性能、工艺性能和经济性。材料的使用性能、工艺性能和经济性。2.2.典型零件的加工工艺路线。典型零件的加工工艺路线。3.3.零件失效的概念。零件失效的概念。本章是本课程的综合及实际应用本章是本课程的综合及实际应用小结重点要求一般要求本章是本课程的综合及实际应用37材料的选用材料的选用 1.欲做下列零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，试为其各选一材料欲做下列零件：小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、齿轮，试为其各选一材料（待选材料：（待选材料：ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T10）。）。2.某汽车变速箱齿轮，要求某汽车变速箱齿轮，要求b1080MPa，aKU255J，齿面硬度齿面硬度HRC58，试选一试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。3.某某连杆螺栓连杆螺栓，要求，要求b950MPa,s700MPa，aKU245J，试选一材料，制定试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。最终热处理工艺，指出最终组织。（第（第2、3题的待选材料：题的待选材料：H70、20CrMnTi、T10、GCr15、60Si2Mn、45、Q390、2Cr13、LC4、40Cr、Cr12MoV）材料的选用 1.欲做下列零件：小弹簧、高速轴承、螺38渗渗C钢钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗渗C C:930，回火：回火：200）p172主主要要化化学学成成分分,%预备处理预备处理淬火淬火,CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880800水水,油油880水水,油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850油油880870油油钢号钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950850空空880780油油机械性能机械性能 bMPa s sMPa83535785540 05909301080735835118011808351080aKU2J475547557863backback渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C:939调质钢调质钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T30771999）p174淬淬透透性性钢号钢号主主 要要 成成 分分,%淬火淬火回火回火CMnSiCr低低450.420.500.500.800.170.37830840水水580640空空40Cr0.370.450.500.80Cr0.81.10850油油500水，油水，油中中高高35CrMo0.320.400.400.70Cr0.81.10850油油550水，油水，油38CrMoAlA0.350.42Al0.71.1Cr1.351.65940水，油水，油640水，油水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr0.91.20850油油600水，油水，油机械性能机械性能 bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.370.441.101.400.200.40850油油500水，油水，油9807854798078547980835639808357198078563backback调质钢的牌号（摘自GB/T30771999）p174淬40C620车床主轴车床主轴p336backbackC620 车床主轴 p336back41球墨铸铁球墨铸铁的牌号、性能的牌号、性能p211牌号牌号基体基体机械性能机械性能 bMPa0.2MPa5%akkJ/m2HBQT400-17F F40025017600179QT420-10F42042027010300207QT500-5F+P5003505147-241QT600-2P6004202 160160229-302QT700-2P7004902 160160229-302QT800-2P8005602 160160241-321QT1200-1下下B B12008401300 38HRC热处理热处理p213backback球墨铸铁的牌号、性能p211牌号基体机械性能 b42175A型农用柴油机型农用柴油机曲轴曲轴p339backback175A型农用柴油机曲轴 p339back434、指出下列材料牌号或代号的含义：、指出下列材料牌号或代号的含义：H59；ZQSn10；QBe2；ZChSnSb11-6；LF21；LC4；ZL102。答：答：H59含含59%Cu的普通黄铜的普通黄铜ZQSn10含含10%Sn的铸造的铸造Sn青铜青铜QBe2含含2%Be的的Be青铜青铜ZChSnSb11-6含含11%Sb，6%Cu的的Sn基轴承合金基轴承合金LF21含含1.01.6%Mn的防锈的防锈Al合金合金LC4序号为序号为4的超硬的超硬Al合金合金ZL102含含1013%Si的铸造的铸造Al-Si合金合金4、试述下列零件进行时效处理的作用：、试述下列零件进行时效处理的作用：a.形状复杂的大型铸件在形状复杂的大型铸件在500600进行时效处理；进行时效处理；b.铝合金件淬火后于铝合金件淬火后于140进行时效处理；进行时效处理；c.GCr15钢制造的高精度丝杠于钢制造的高精度丝杠于150进行时效处理。进行时效处理。消除内应力消除内应力提高强度提高强度稳定尺寸稳定尺寸4、指出下列材料牌号或代号的含义：H59；ZQSn144