第十章輪機主要零件的材料及熱處理

1、第十章 輪機主要零件的材料及熱處理零件材料的選用原則： 保證機械性能：根據(jù)工況確定對材料的性能要求 滿足工藝性能：根據(jù)性能要求選用合適的材料；對材料進行熱處理以滿足所需的性能1 符合經(jīng)濟原則：鑄鐵價格低于鑄鋼，普通鋼價格低于優(yōu)質(zhì)鋼，碳素鋼價格低于合金鋼，鑄件價格低于鍛件。第一節(jié) 曲軸 曲軸的工作條件和對材料的要求 工作條件：承受交變載荷、彎矩、扭矩作用，還承受摩擦和磨損。1 對材料的要求：良好的綜合機械性能，即較高的強度、硬度和良好的塑性、沖擊韌性；足夠的疲勞強度；優(yōu)良的耐磨性 曲軸的材料和熱處理 1 材料： 1）大型低速機：半組合式 主軸頸-中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如40、45鋼 曲柄-鑄鋼如Z

2、G270-500等，或鍛鋼40Cr等 2）中高速機：整體式。材料為中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵。 曲軸的金相組織應(yīng)為：索氏體或回火索氏體 熱處理 碳鋼：退火+正火 合金鋼：退火+調(diào)質(zhì)，甚至表淬或氮化 鑄鋼：正火+退火 球墨鑄鐵：正火+退火，表面高頻淬火 曲軸表面強化 1）氮化處理：提高疲勞強度和耐磨性 2）噴丸、滾壓強化：可提高疲勞強度第二節(jié) 連桿 工作條件和對材料的要求 工作條件：因承受周期變化的氣體力和慣性力，內(nèi)部產(chǎn)生交變的拉壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，受到摩擦和磨損。1 對材料的要求：良好的綜合機械性能，即較高的強度和疲勞強度，較高的沖擊韌性和足夠的剛度。 材料和熱處理低中速機：優(yōu)質(zhì)碳

3、素結(jié)構(gòu)鋼 正火處理 合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)處理高速大功率機：合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)處理小型高速機：球墨鑄鐵 正火或調(diào)質(zhì)第三節(jié) 氣缸套 工作條件和對材料的要求 工作條件：內(nèi)表面受到高壓高溫燃氣的作用，同時還承受活塞的劇烈摩擦和燃氣的腐蝕；外表面受到冷卻水的腐蝕和穴蝕作用。內(nèi)外溫差很大產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，內(nèi)外壓差很大產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力。1 對材料的要求：較高的強度和剛度，良好的耐磨性、耐蝕性和導(dǎo)熱性。 材料及熱處理 一般為鑄鐵材料：有灰口鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵、高磷耐磨鑄鐵。 大型低速機和一般中高速機：灰口鑄鐵 中高速強載機：耐磨合金鑄鐵 熱處理：內(nèi)圓表面要進行表面淬火、表面化學(xué)熱處理、松孔鍍鉻、特種加工第四

4、節(jié) 活塞 工作條件和對材料的要求 工作條件：承受燃氣和慣性力作用，因此承受很高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力；運動中受到摩擦和撞擊。1 對材料的要求：足夠的強硬度、較高的疲勞強度和高溫工作性能，優(yōu)良的導(dǎo)熱性便于散熱，較小的膨脹系數(shù)，良好的耐磨性和耐蝕性，較小的密度 材料和熱處理中低速機的活塞：灰口鑄鐵 退火大型低速十字頭機： 活塞頭-鑄鋼 退火+正火或調(diào)質(zhì) 裙部-灰口鑄鐵 退火 中高速機的活塞：鋁合金 淬火+時效處理第五節(jié) 活塞銷 工作條件和對材料的要求 工作條件：受到氣體力和活塞往復(fù)慣性力的強烈沖擊和彎曲作用，在連桿小端和銷座邊緣受到剪切作用；與連桿小端有相對運動，銷表面承受摩擦磨損。1 對材料的要求：

5、足夠的強度、剛度，表面有較高的硬度和耐磨性，足夠的沖擊韌性，較高的疲勞強度。 材料和熱處理 船用柴油機：低碳鋼-滲碳+淬火+低溫回火 合金滲碳鋼-滲碳+淬火+低溫回火 強載柴油機：合金滲碳鋼-滲碳+淬火+低溫回火第六節(jié) 活塞環(huán) 工作條件和對材料的要求 工作條件：受到高溫燃氣的作用；在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的同時，還在環(huán)槽內(nèi)作往復(fù)、回轉(zhuǎn)、扭曲運動，環(huán)的外圓表面和上下端面受到劇烈的摩擦磨損。1 對材料的要求：足夠的強度和一定的硬度，良好的耐磨性、耐熱性、導(dǎo)熱性、磨合性、抗腐蝕性，比缸套硬1020HB。 材料和熱處理 主要采用鑄鐵。 熱處理的主要目的是強化外圓表面，方法有： 1）表面鍍鉻：可提高耐磨性、延

6、長壽命、減少磨損 2）噴鉬：可提高環(huán)的耐磨性和抗拉缸性能，一般用于大功率柴油機的第一道環(huán)。第七節(jié) 氣閥 工作條件和對材料的要求 工作條件：氣閥頭部直接與高溫氣體接觸，承受很高的熱負荷；氣閥受到高溫廢氣的沖刷與腐蝕，容易產(chǎn)生高溫腐蝕；氣閥和閥座受到高壓燃氣的交變載荷作用，關(guān)閥時有撞擊磨損，閥桿與導(dǎo)套之間有相對運動產(chǎn)生磨損。1 對材料的要求：有較高的高溫機械性能、高溫抗腐蝕性能、耐磨性、抗沖擊性能、導(dǎo)熱性好、膨脹系數(shù)小。 氣閥材料和熱處理 材料： 進氣閥：40Cr、35CrMo、40CrNi等合金調(diào)質(zhì)鋼，或4Cr9Si2等氣閥鋼。 排氣閥：4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni4W2

7、Mo 熱處理：4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo：先退火處理，最后調(diào)質(zhì)4Cr14Ni4W2Mo：時效處理第八節(jié) 精密偶件燃油系統(tǒng)中的三對精密偶件：柱塞-套筒、出油閥-閥座、針閥-針閥體。 精密偶件的工作條件和對材料的要求 工作條件：表面受嚴重的摩擦和磨損；受燃油的腐蝕和沖擊1 對材料的要求：足夠的硬度和強度，HRC大于60；較高的耐磨性和熱硬性；較高的疲勞強度和沖擊韌性；偶件材料的線膨脹系數(shù)相同。 材料和熱處理 材料：有滾動軸承鋼GCr15、低合金工具鋼CrWMn、氮化鋼38CrMoAlA、高速鋼W18Cr4V 熱處理： GCr15：淬火+冷處理+低溫回火 CrWMn：油淬+冷處理+低溫回火

8、 38CrMoAlA：氮化處理 W18Cr4V：油淬+三次以上的回火第九節(jié) 其他重要零部件的材料和熱處理 滑動軸承：已前述，略 重要螺栓：氣缸蓋螺栓、連桿螺栓、組合式活塞的連接螺栓、貫穿螺栓等。 選用：中碳鋼或中碳合金鋼 熱處理：調(diào)質(zhì)處理或正火處理 渦輪機葉片：1Cr13、4Cr14Ni14W2Mo1 螺旋槳：黃銅、青銅、鑄鐵、鑄鋼、尼龍、玻璃鋼等第十節(jié) 船體結(jié)構(gòu)和設(shè)備的材料船用鋼一般為低碳優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼。 一般強度船體結(jié)構(gòu)用鋼 按照沖擊韌性分為A、B、D、E四個等級 ，屈服強度相當于Q235 試驗溫度為：A（20 ），B（0 ），1 D（-20 ），E（-40 ） 高強度船體結(jié)構(gòu)用鋼 按照屈服強度分三個等級（相當于Q315，Q355，Q