典型零件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)

1、機(jī)械零件選材原則1 一、機(jī)械零件正確選材的使用性能原則 使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。對(duì)大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件，則主要是機(jī)械性能。對(duì)一些特殊條件下工作的零件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理、化學(xué)性能。材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。使用性能原則2 二、零件使用時(shí)的工作條件 （1）受力狀況 主要是載荷的類型(例如動(dòng)載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等)和大?。惠d荷的形式；載荷的特點(diǎn)等。 （2）環(huán)境狀況 主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。 （3）特殊要求 如對(duì)導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。3 三、零件根據(jù)使用性能選材的步驟 第一步:通過(guò)對(duì)零件工作條件和失

2、效形式的全面分析，確定零件對(duì)使用性能的要求； 第二步:利用使用性能與實(shí)驗(yàn)室性能的相應(yīng)關(guān)系，將使用性能具體轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室機(jī)械性能指標(biāo)； 第三步:根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載荷，計(jì)算出零件中的應(yīng)力分布； 第四步:由工作應(yīng)力、使用壽命或安全性與實(shí)驗(yàn)室性能指標(biāo)的關(guān)系，確定對(duì)實(shí)驗(yàn)室性能指標(biāo)要求的具體數(shù)值； 第五步:利用手冊(cè)根據(jù)使用性能選材。 4常用零件的工作和失效形式5 由于零件所要求的機(jī)械性能數(shù)據(jù)，不能簡(jiǎn)單地同手冊(cè)、書本中所給出的完全等同相待，還必須注意以下情況： 材料的性能不單與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處理后的狀態(tài)有關(guān)。 材料的性能與加工處理時(shí)試樣的尺寸有關(guān)，必須考慮零件尺寸與手冊(cè)中試樣

3、尺寸的差別，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?材料的化學(xué)成分、加工處理的工藝參數(shù)本身都有一定波動(dòng)范圍。6工藝性能原則 材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，這是選材必須考慮的問(wèn)題。7 1. 性能要求不高的一般金屬零件選材的工藝路線 毛坯正火或退火切削加工零件。 2. 性能要求較高的金屬零件選材的工藝路線 毛坯預(yù)先熱處理(正火、退火)粗加工最終熱處理(淬火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處理等)精加工零件。 3. 性能要求較高的精密金屬零件選材的工藝路線 毛坯預(yù)先熱處理(正火、退火)粗加工最終熱處理(淬火、低溫回火、固溶、時(shí)效或滲碳)半精加工穩(wěn)定化處理或氮化精加工穩(wěn)定化處理零件。 這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有

4、很高的尺寸精度和表面光潔度。8經(jīng)濟(jì)性原則 一、材料的價(jià)格 零件材料的價(jià)格無(wú)疑應(yīng)該盡量低。 材料的價(jià)格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比重，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在許多工業(yè)部門中可占產(chǎn)品價(jià)格的30%70%，因此設(shè)計(jì)人員要十分關(guān)心材料的市場(chǎng)價(jià)格。 二、零件的總成本 零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本最低。 零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費(fèi)用、研究費(fèi)用、維修費(fèi)用和材料價(jià)格有關(guān)。 三、國(guó)家的資源 隨著工業(yè)的發(fā)展，資源和能源的問(wèn)題日漸突出，選用材料時(shí)必須對(duì)此有所考慮，特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件，所用材料應(yīng)該來(lái)源豐富并顧及我國(guó)資源狀況。 另外，還要注意生產(chǎn)所用材料的能源消耗，盡量選用耗能低的材料。9典型

5、工件的選材及工藝路線設(shè)計(jì) 主要本章介紹工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的四大類典型工件(齒輪、軸類零件、彈簧和刃具)的工作條件、失效形式、性能要求及選材分析，舉例說(shuō)明典型工件的工藝路線。 10 一、 齒輪選材 1.齒輪的工作條件(1) 由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；(2) 換擋、啟動(dòng)或嚙合不均時(shí)，齒部承受一定沖擊載荷；(3) 齒面相互滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的作用。 2.齒輪的失效形式 (1) 疲勞斷裂 主要從根部發(fā)生；(2) 齒面磨損 由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變?。?11疲勞斷裂 齒面磨損 12 (3) 齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的發(fā)展，

6、引起點(diǎn)狀剝落(或稱麻點(diǎn))；(4) 過(guò)載斷裂 主要是沖擊載荷過(guò)大造成的斷齒。齒面剝落 輪齒沖擊斷裂 13 3 齒輪材料的性能要求(1) 高的彎曲疲勞強(qiáng)度；(2) 高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；(3) 較高的強(qiáng)度和沖擊韌性。此外，還要求有較好的熱處理工藝性能，如熱處理變形小等。 14 4齒輪類零件的選材 齒輪材料要求的性能主要是疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。表面硬度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。齒心應(yīng)有足夠的沖擊韌性，目的是防止輪齒受沖擊過(guò)載斷裂。 從以上兩方面考慮，選用低、中碳鋼或其合金鋼。它們經(jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面有高的強(qiáng)度和硬度，心部有好的韌性，能滿足使用要求。此外，這類鋼的工藝性能好，經(jīng)

7、濟(jì)上也較合理，所以是比較理想的材料。15 5典型齒輪選材舉例 一、機(jī)床齒輪機(jī)床變速箱齒輪 機(jī)床變速箱齒輪擔(dān)負(fù)傳遞動(dòng)力，改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的任務(wù)。工作條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)無(wú)強(qiáng)烈沖擊。因此，一般可選中碳鋼(45鋼)制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼(40Cr鋼)。 工藝路線為： 下料-鍛造-正火-粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工-高頻淬火及低溫回火-精磨。 沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等鑄鐵制造。機(jī)床齒輪除選用金屬齒輪外, 有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼龍齒輪, 工作時(shí)傳動(dòng)平穩(wěn), 噪聲減少, 長(zhǎng)期使用磨損很小。 1

8、6 二、汽車齒輪 汽車后橋齒輪 滲碳齒輪的工藝路線為： 下料-鍛造-正火-切削加工-滲碳、淬火及低溫回火-噴丸-磨削加工。 汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等，均要求比機(jī)床齒輪高。一般用合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi制造。17二、軸類零件選材 1 軸類零件的工作條件 (1) 工作時(shí)主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用； (2) 軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 相互間存在摩擦和磨損； (3) 軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng), 使軸承受沖擊載荷； (4) 多數(shù)軸會(huì)承受一定的過(guò)載載荷。 18 2 軸類零件的失效方式 (1)長(zhǎng)期交變

9、載荷下的疲勞斷裂（包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷裂）； (2)大載荷或沖擊載荷作用引起的過(guò)量變形、斷裂； (3)與其它零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面過(guò)度磨損。轉(zhuǎn)軸彎曲疲勞斷口形貌 直升飛機(jī)螺旋槳驅(qū)動(dòng)齒輪軸扭斷 軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損19 3 軸類零件的性能要求 (1) 良好的綜合機(jī)械性能，足夠強(qiáng)度、塑性和一定韌性, 以防過(guò)載斷裂、沖擊斷裂； (2) 高疲勞強(qiáng)度, 對(duì)應(yīng)力集中敏感性低, 以防疲勞斷裂； (3) 足夠淬透性, 熱處理后表面要有高硬度、高耐磨性, 以防磨損失效； (4) 良好切削加工性能, 價(jià)格便宜。20 4 軸類零件材料及選材方法 一、材料 經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強(qiáng)

10、度和韌性，同時(shí)考慮疲勞抗力）；一般軸類零件使用碳鋼（便宜，有一定綜合機(jī)械性能、對(duì)應(yīng)力集中敏感性較?。?，如35、40、45、50鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或表面淬火熱處理改善性能；載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性等要求高時(shí)采用合金鋼，如40Cr、40MnB、40CrNiMo、20Cr、20CrMnTi等；也可以采用球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵作曲軸的材料。 二、選擇原則 根據(jù)載荷大小、類型等決定。主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種；受軸向載荷軸，因心部受力較大，應(yīng)具有較高淬透性。 21 5 典型軸的選材 一、機(jī)床主軸選材 以C620車床主軸為例進(jìn)行選材。 該主軸受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)

11、力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速均不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合機(jī)械性能即可滿足要求。但大端的軸頸、錐孔與卡盤、頂尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。22C620車床主軸簡(jiǎn)圖主軸用45鋼制造。 做一做：制定工藝路線 載荷較大的主軸用40Cr鋼制造。 承受較大沖擊載荷和疲勞載荷的主軸用合金滲碳鋼（20Cr或20CrMnTi）制造。 23 其它機(jī)床主軸選材 二、內(nèi)燃機(jī)曲軸選材 1. 曲軸的工作條件、性能要求、材料 （1）工作條件 曲軸受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力，還可造成曲軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲振動(dòng)，產(chǎn)生附加應(yīng)力；應(yīng)力分布不均勻；曲軸頸與軸承有滑動(dòng)摩擦。 （2）性能要求 曲軸的失效形式

12、主要是疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損。因此材料要有高強(qiáng)度、一定的沖擊韌性、足夠彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面有高硬度和耐磨性。24 （3）曲軸材料 鍛鋼曲軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如35、40、45、35Mn2、40Cr, 35CrMo鋼等； 鑄造曲軸：鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等, 如ZG25、QT600-3、QT700-2 、KTZ450-5、KTZ500-4等。25 2. 175A型農(nóng)用柴油機(jī)曲軸選材 175A型柴油機(jī)曲軸簡(jiǎn)圖26 （1）性能要求 農(nóng)用柴油機(jī)曲軸功率和承受載荷不大；但滑動(dòng)軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。要求b750 MPa, 整體硬度240 HBS260

13、HBS, 軸頸表面硬度625 HV, 2%, ak150 kJ/m2。 （2）曲軸材料 QT700-2（3）工藝路線 鑄造高溫正火高溫回火切削加工軸頸氣體滲氮。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸也可用45、40Cr鋼制造，經(jīng)過(guò)模鍛、調(diào)質(zhì)、切削加工后, 在軸頸部位進(jìn)行表面淬火。27 三、 彈簧選材 彈簧是一種重要的機(jī)械零件。它的基本作用是利用材料的彈性和彈簧本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在載荷作用產(chǎn)生下變形時(shí)，把機(jī)械功或動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫兡埽辉诨謴?fù)變形時(shí)，把形變能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能或機(jī)械功。 彈簧按形狀分主要有螺旋彈簧(壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)彈簧)、板彈簧、片彈簧和蝸卷彈簧幾種。 (a) 壓縮螺旋彈簧 (b) 拉伸螺旋彈簧 (c) 扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧

14、28(d) 板彈簧 (e) 片彈簧 彈簧有下列用途： (1) 緩沖或減振 如汽車、拖拉機(jī)、火車中使用的懸掛彈簧。 (2) 定位 如機(jī)床及其夾具中利用彈簧將定位銷(或滾珠)壓在定位孔(或槽)中。 (3) 復(fù)原 外力去除后自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)位置，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣門彈簧。 (4) 儲(chǔ)存和釋放能量 如鐘表、玩具中的發(fā)條。 (5) 測(cè)力 如彈簧稱、測(cè)力計(jì)中使用的彈簧。 29 1 彈簧的工作條件 (1) 彈簧在外力作用下壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)時(shí)，材料將承受彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 (2) 緩沖、減振或復(fù)原用的彈簧承受交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用。 (3) 某些彈簧受到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用。30 2 彈簧的失效形式 (1)

15、 塑性變形 在外載荷作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力超過(guò)材料本身的屈服應(yīng)力后，彈簧發(fā)生塑性變形。外載荷去掉后，彈簧不能恢復(fù)到原始尺寸和形狀。 (2) 疲勞斷裂 在交變應(yīng)力作用下，彈簧表面缺陷(裂紋、折迭、刻痕、夾雜物)處產(chǎn)生疲勞源，裂紋擴(kuò)展后造成斷裂失效。 (3) 快速脆性斷裂 某些彈簧存在材料缺陷(如粗大夾雜物，過(guò)多脆性相)、加工缺陷(如折迭、劃痕)、熱處理缺陷(淬火溫度過(guò)高導(dǎo)致晶粒粗大，回火溫度不足使材料韌性不夠)等，當(dāng)受到過(guò)大的沖擊載荷時(shí)，發(fā)生突然脆性斷裂。 (4) 腐蝕斷裂及永久變形 在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效。高溫使彈簧材料的彈性模量和承載能力下降，高溫下

16、使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。313彈簧材料的性能要求 (1) 高的彈性極限e和高的屈強(qiáng)比s/b 彈簧工作時(shí)不允許有永久變形，因此要求彈簧的工作應(yīng)力不超過(guò)材料的彈性極限。彈性極限越大，彈簧可承受的外載荷越大。對(duì)于承受重載荷的彈簧，如汽車用板簧、火車用螺旋彈簧等，其材料需要高的彈性極限。 當(dāng)材料直徑相同時(shí)，碳素彈簧鋼絲和合金彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度相差很小，但屈強(qiáng)比差別較大。65鋼為0.7，60Si2Mn鋼為0.75、50CrVA鋼為0.9。屈強(qiáng)比高，彈簧可承受更高的應(yīng)力。32 (2) 高的疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度-1和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度-1越大，則彈簧的抗疲勞性能越好。 (3) 好的材質(zhì)和表

17、面質(zhì)量 夾雜物含量少，晶粒細(xì)小，表面質(zhì)量好，缺陷少，對(duì)于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分重要。 (4) 某些彈簧需要材料有良好的耐蝕性和耐熱性 保證在腐蝕性介質(zhì)和高溫條件下的使用性能。334 彈簧的選材 一、彈簧鋼 根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)的不同，分為兩大類： （1）熱軋彈簧用材 通過(guò)熱軋方法加工成園鋼、方鋼、盤條、扁鋼，制造尺寸較大，承載較重的螺旋彈簧或板簧。彈簧熱成型后要進(jìn)行淬火及回火處理。 （2）冷軋(拔)彈簧用材 以盤條、鋼絲或薄鋼帶(片)供應(yīng)，用來(lái)制作小型冷成型螺旋彈簧、片簧、蝸卷彈簧等。主要彈簧鋼的特點(diǎn)及用途34鋼類代表鋼號(hào)主要特點(diǎn)用途舉例碳鋼65 70經(jīng)熱處理或冷拔硬化后, 得到較高的強(qiáng)度

18、和適當(dāng)?shù)乃苄?、韌性；在相同表面狀態(tài)和完全淬透情況下，疲勞極限不比合金彈簧鋼差，但淬透性低，尺寸較大，調(diào)壓調(diào)速?gòu)椈?、柱塞彈簧、測(cè)力彈簧、一般機(jī)器上的圓、方螺旋彈簧或拉成鋼絲作小型機(jī)械的彈簧錳鋼65MnMn提高淬透性, 表面脫碳傾向比硅鋼小, 經(jīng)熱處理后的綜合機(jī)械性能略優(yōu)于碳鋼, 缺點(diǎn)是有過(guò)熱敏感性和回火脆性小尺寸扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條，也適于制造彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧硅錳鋼55Si2Mn 55Si2MnB60Si2MnSi和Mn提高彈性極限和屈強(qiáng)比，提高淬透性以及回火穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性，過(guò)熱敏感性也較小，但脫碳傾向較大。汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車上的減震板簧和螺旋彈簧，汽缸安全彈

19、簧，軋鋼設(shè)備及要求承受較高應(yīng)力的彈簧.鉻釩鋼50CrVA良好的工藝性能和機(jī)械性能，淬透性比較高，加入V，使鋼的晶粒細(xì)化，降低過(guò)熱敏感性，提高強(qiáng)度和韌性氣門彈簧、噴油咀簧、氣缸漲圈、安全閥用簧、中壓表彈簧元件、密封裝置等，適用于210條件下工作彈簧鉻錳鋼50CrMn較高強(qiáng)度、塑性和韌性，過(guò)熱敏感性比錳鋼低，比硅錳鋼高，對(duì)回火脆性較敏感，回火后宜快冷車輛、拖拉機(jī)和較重要板簧、螺旋彈簧35 二、不銹鋼 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 通過(guò)冷軋(拔)加工成帶或絲材, 制造在腐蝕性介質(zhì)中使用的彈簧。 三、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅 具有良好的導(dǎo)電性、非磁性、耐蝕性、耐低溫性及

20、彈性，用于制造電器、儀表彈簧及在腐蝕性介質(zhì)中工作的彈性元件。36 5 典型彈簧選材 一、汽車板簧 汽車板簧 (1) 用途及性能要求 用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。37 (2) 材料 輕型汽車選用65Mn、60Si2Mn鋼制造； 中型或重型汽車, 板簧用50CrMn, 55SiMnVB鋼； 重型載重汽車大截面板簧用55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb鋼制造。 (3) 工藝路線 熱軋鋼帶(板)沖裁下料壓力成型淬火中溫回火噴丸強(qiáng)化 淬火 溫度為850 C860 C(60Si2Mn鋼為870 C), 采用油冷, 淬火后組織為馬氏體。 回火 溫度

21、為420 C500 C, 組織為回火屈氏體。屈服強(qiáng)度s0.2不低于1100 MPa, 硬度為42 HRC47 HRC, 沖擊韌性ak為250 KJ/m2300 KJ/m2。38 二、火車螺旋彈簧 火車螺旋彈簧 熱軋鋼棒下料兩頭制扁熱卷成形淬火中溫回火噴丸強(qiáng)化端面磨平。 淬火與回火工藝同汽車板簧。(1) 用途及性能要求 機(jī)車和車箱的緩沖和吸振, 其使用條件和性能要求與汽車板簧相近。 (2) 材料 50CrMn、55SiMnMoV (3) 工藝路線 39三、氣門彈簧 (1) 用途 內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧是一種壓縮螺旋彈簧。其用途是在凸輪、搖臂或挺桿的聯(lián)合作用下，使氣門打開(kāi)和關(guān)閉，承受應(yīng)力不是很大，可采用淬

22、透性比較好、晶粒細(xì)小、有一定耐熱性的50CrVA鋼制造。 (2) 工藝路線 冷卷成型淬火中溫回火噴丸強(qiáng)化兩端磨平。 將冷拔退火后的盤條校直后用自動(dòng)卷簧機(jī)卷制成螺旋狀，切斷后兩端并緊，經(jīng)850 C860 C加熱后油淬，再經(jīng)520 C回火，組織為回火屈氏體，噴丸后兩端磨平。彈簧彈性好，屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高，有一定的耐熱性。 氣門彈簧也可用冷拔后經(jīng)油淬及回火后的鋼絲制造，繞制后經(jīng)300 C350 C加熱消除冷卷簧時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。40 四、自行車手閘彈簧 自行車手閘彈簧是一種扭轉(zhuǎn)彈簧，其用途是使手閘復(fù)位。該彈簧承受載荷小，不受沖擊和振動(dòng)作用，精度要求不高。因此手閘彈簧可用碳素彈簧鋼60或65鋼制造。經(jīng)

23、過(guò)冷拔加工獲得的鋼絲直接冷卷、彎鉤成形即可。卷后可低溫(200 C220 C)加熱消除內(nèi)應(yīng)力，一般也可不進(jìn)行熱處理。41 五、繼電器簧片繼電器簧片 (1) 用途及性能要求 繼電器簧片是一種片簧，其作用是使兩電觸點(diǎn)接觸時(shí), 產(chǎn)生一定大小的壓力，以保證觸頭緊密接觸良好導(dǎo)電。簧片材料要有好的彈性、導(dǎo)電性和耐蝕性?；善軓澢鷳?yīng)力很小。 (2) 材料 黃銅(H70)、錫青銅(QSn6.5-0.1)、白銅(B19) 黃銅的導(dǎo)電性好，抗疲勞性能較高，彈性一般，價(jià)格較低。 錫青銅的導(dǎo)電性稍低，但抗疲勞性能高，彈性好，價(jià)格稍高。 白銅的導(dǎo)電性好，抗蝕性高，抗疲勞性能較高，彈性好，價(jià)格較貴。 簧片生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，

24、可用上述材料的冷軋薄片沖裁下料成形制造。42 四、刃具選材 切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統(tǒng)稱為刃具。 1刃具的工作條件 (1) 刃具切削材料時(shí)，受到被切削材料的強(qiáng)烈擠壓，刃部受到很大的彎曲應(yīng)力。某些刃具(如鉆頭、鉸刀)還會(huì)受到較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用。 (2) 刃具刃部與被切削材料強(qiáng)烈摩擦， 刃部溫度可升到500 C600 C。 (3) 機(jī)用刃具往往承受較大的沖擊與震動(dòng)。43切削加工 2刃具的失效形式 (1) 磨損 由于摩擦，刃具刃部易磨損，這不但增加了切削抗力，降低切削零件表面質(zhì)量，也由于刃部形狀變化，使被加工零件的形狀和尺寸精度降低。 (2) 斷裂 刃具在沖擊力及震動(dòng)的

25、作用下折斷或崩刃。 (3) 刃部軟化 由于刃部溫度升高，若刃具材料的紅硬性低或高溫性能不足，使刃部硬度顯著下降，喪失切削加工能力。443刃具材料的性能要求 (1) 高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于62 HRC； (2) 高的紅硬性； (3) 強(qiáng)韌性好； (4) 高的淬透性。可采用較低的冷速淬火，以防止刃具變形和開(kāi)裂。454 刃具的選材 制造刃具的材料有碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷等，根據(jù)刃具的使用條件和性能要求不同進(jìn)行選用。 一、簡(jiǎn)單的手用刃具 手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡(jiǎn)單、低速的手用刃具紅硬性和強(qiáng)韌性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因此可用碳素工具鋼

26、制造。如T8、T10、T12鋼等。碳素工具鋼價(jià)格較低, 但淬透性差。 二、低速切削、形狀較復(fù)雜的刃具 絲錐、板牙、拉刀等可用低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn制造。因鋼中加入了Cr、W、Mn等元素, 使鋼的淬透性和耐磨性大大提高, 耐熱性和韌性也有所改善, 可在 300 C的溫度下使用。46 三、高速切削用的刃具 (1) 用高速鋼(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)制造 高速鋼具有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、好的強(qiáng)韌性和高的淬透性的特點(diǎn), 因此在刃具制造中廣泛使用, 用來(lái)制造車刀、銑刀、鉆頭和其它復(fù)雜、精密刀具。高速鋼的硬度為62HRC68HRC, 切削溫度可達(dá)500 C550 C,

27、價(jià)格較貴。 (2) 硬質(zhì)合金制造 硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(TiC、WC)和金屬用粉末冶金方法制成, 常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)有YG6、YG8、YT6、YT15等。硬質(zhì)合金的硬度很高(89HRA94HRA), 耐磨性、耐熱性好, 使用溫度可達(dá)1000 C。它的切削速度比高速鋼高幾倍。硬質(zhì)合金制造刀具時(shí)的工藝性比高速鋼差。一般制成形狀簡(jiǎn)單的刀頭, 用釬焊的方法將刀頭焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。硬質(zhì)合金刀具用于高速?gòu)?qiáng)力切削和難加工材料的切削。硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度較低, 沖擊韌性較差, 價(jià)格貴。47 (3) 用陶瓷制造 陶瓷硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高, 也用來(lái)制造刃具。熱壓氮化硅(Si3N4

28、)陶瓷顯微硬度為5000 HV, 耐熱溫度可達(dá)1400 C。立方氮化硼的顯微硬度可達(dá)8000 HV9000 HV, 允許的工作溫度達(dá)1400 C1500 C。陶瓷刀具一般為正方形、等邊三角形的形狀, 制成不重磨刀片, 裝夾在夾具中使用。用于各種淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料的精加工和半精加工。陶瓷刀具抗沖擊能力較低, 易崩刃。 485 刃具選材舉例 一、板銼 板銼 1. 性能要求、材料及工藝 (1) 用途及性能要求 板銼是鉗工常用的工具,用于銼削其他金屬。其表面刃部要求有高的硬度(64 HRC67 HRC), 柄部要求硬度 35 HRC。 (2) 材料 T12鋼 (3) 制造工藝熱軋鋼板(

29、帶)下料鍛(軋)柄部球化退火機(jī)加工淬火低溫回火 492. 主要工藝說(shuō)明 (1) 球化退火 使鋼中碳化物呈粒狀分布, 細(xì)化組織, 降低硬度, 改善切削加工性能。同時(shí)為淬火準(zhǔn)備好適宜的組織, 使最終成品組織中含有細(xì)小的碳化物顆粒, 提高鋼的耐磨性。銼刀通常采用普通球化退火工藝。將毛坯加熱到760 770 , 保溫一定時(shí)間(2 h 4 h)，然后以30 50 /h的速度冷卻到550 600 ， 出爐后空冷。處理后組織為球化體，硬度為180 HB200 HB。 (2) 機(jī)加工 刨、磨和剁齒, 使銼刀成形。 (3) 淬火 溫度為770 780 , 可用鹽浴加熱或在保護(hù)氣氛爐中加熱, 以防止表面脫碳和氧化

30、。也可采用高頻感應(yīng)加熱。加熱后在水中冷卻。由于銼刀柄部硬度要求較低, 在淬火時(shí)先將齒部放在水中冷卻, 結(jié)柄部顏色變成暗紅色時(shí)才全部浸入水中。當(dāng)銼刀冷卻到150 200 時(shí)，提出水面。若銼刀有彎曲變形，可用木錘將其校直。 (4) 回火 溫度為160 180 ，時(shí)間45 min60 min。若柄部硬度太高，可將柄部浸入500 的浴鹽中進(jìn)行回火，或用高頻加熱回火，降低柄部硬度。50二、齒輪滾刀 齒輪滾刀 1. 性能要求、材料及工藝 (1) 用途 生產(chǎn)齒輪的常用刃具, 用于加工外嚙合的直齒和斜齒漸開(kāi)線園柱齒輪。其形狀復(fù)雜, 精度要求高。 (2) 材料 高速鋼(W18Cr4V) (3) 工藝路線 熱軋棒

31、材下料鍛造退火機(jī)加工淬火回火精加工表面處理51 2. 主要工藝說(shuō)明 (1) 鍛造 W18Cr4V鋼的始鍛溫度為1150 1200 , 終鍛溫度為900 950 。鍛造的目的一是成形, 二是破碎、細(xì)化碳化物, 使碳化物均勻分布, 防止成品刀具崩刃和掉齒。由于高速鋼淬透性很好, 鍛后在空氣中冷卻即可得到淬火組織, 因此鍛后應(yīng)慢冷。 (2) 退火 退火溫度為870 880 ，退火后的組織為索氏體基體和在其中均勻分布的細(xì)小粒狀碳化物。目的是便于機(jī)加工，并為淬火作好組織準(zhǔn)備。 (3) 淬火、回火 高速鋼的淬火、回火工藝較為復(fù)雜。 (4) 精加工 包括磨孔、磨端面、磨齒等磨削加工。精加工后刀具可直接使用。

32、 (5) 表面處理 為了提高其使用壽命，可進(jìn)行表面處理，如：硫化處理、硫氮共滲、離子氮碳共滲離子滲硫復(fù)合處理，表面涂覆TiN、TiC涂層等。 52 三、園鋸片 (1) 用途 切割鋼材、有色金屬、石料、塑料等材料。 (2) 性能要求 整體強(qiáng)韌性好，鋸齒硬度高、耐磨性好。 (3) 材料 園鋸片可以是整體的，也可以是鑲齒的。鑲齒式園鋸片的本體用60或65Mn鋼制造，鋸齒用高速鋼刀片或硬質(zhì)合金刀片。 (4) 工藝 鋼板下料沖孔淬火高溫回火機(jī)加工釬焊鋸齒磨齒。 鋼板沖壓下料、沖孔后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。淬火加熱溫度為830 840 、采用油冷?；鼗饻囟葹?00 550 。為校正園鋸片淬火變形，回火時(shí)可用夾具夾緊

33、?；鼗鸷蟮慕M織為回火索氏體，強(qiáng)韌性好。熱處理后鋸片需進(jìn)行端面磨平、開(kāi)槽等機(jī)加工，用釬焊方法將鋸齒焊接在鋸片本體上，最后進(jìn)行磨齒。53小 結(jié) 1.齒輪 主要要求疲勞強(qiáng)度，特別是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。根據(jù)受力分析，齒輪類零件選用低、中碳鋼或其合金鋼，如機(jī)床齒輪用中碳鋼或中碳合金鋼，汽車齒輪用合金滲碳鋼。 2.軸類零件 要求強(qiáng)度并兼顧沖擊韌性和表面耐磨性。軸一般用鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造，如機(jī)床主軸可選用45鋼，內(nèi)燃機(jī)曲軸主要用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼制造。54 3.彈簧 主要要求高的彈性極限、高的屈強(qiáng)比和高的疲勞強(qiáng)度。彈簧一般選用碳素鋼、合金彈簧鋼和銅合金等金屬材料制造，如汽車彈簧用

34、65Mn、60Si2Mn鋼制造，氣門彈簧用50CrMn、55SiMnMoV等鋼制造。 4.刃具 主要要求硬度、耐磨性和紅硬性?？筛鶕?jù)不同的使用條件選用碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷等，如手動(dòng)刃具可用T8、T10等碳素工具鋼，低速切削刃具可用低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn制造，高速切削刃具需選用高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2制造等。 55工程材料的應(yīng)用 56 汽車用材 汽車用材以金屬材料為主，塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料也占有一定比例。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系示意圖 57 一、缸體和缸蓋 缸體材料應(yīng)滿足下列要求：有足夠的強(qiáng)度和剛度；良好的鑄造性和切削性；價(jià)格低廉。缸

35、體常用的材料有灰口鑄鐵和鋁合金兩種。 缸蓋應(yīng)選用導(dǎo)熱性好、高溫機(jī)械強(qiáng)度高、能承受反復(fù)熱應(yīng)力、鑄造性能良好的材料來(lái)制造。目前使用的缸蓋材料有兩種：一是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。 二、缸套 氣缸工作面用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)霘飧?。常用缸套材料為耐磨合金鑄鐵，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵等。為了提高缸套的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其它耐磨合金等辦法對(duì)缸套進(jìn)行表面處理。58 三、活塞、活塞銷和活塞環(huán)活塞、活塞銷和活塞環(huán)等零件組成活塞組，活塞組在工作中受周期性變化的高溫、高壓燃?xì)?溫度最高可達(dá)2000 ，壓力最高可達(dá)13 MPa15 MPa)作用，并在氣缸內(nèi)作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)(平

36、均速度一般為9 m/s13 m/s)，產(chǎn)生很大的慣性載荷。對(duì)活塞材料的要求是熱強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、膨脹系數(shù)小、密度小, 減摩性、耐磨性、耐蝕性和工藝性好等。常用的活塞材料是鋁硅合金。 活塞銷材料一般用20低碳鋼或20Cr、18CrMnTi等低碳合金鋼。活塞銷外表面應(yīng)進(jìn)行滲碳或氰化處理，以滿足外表面硬而耐磨，材料內(nèi)部韌而耐沖擊的要求?；钊h(huán)用合金鑄鐵或球墨鑄鐵，經(jīng)表面處理。鍍多孔性鉻后可使環(huán)的工作壽命提高23倍。其它表面處理的方法有噴鉬、磷化、氧化、涂合成樹(shù)脂等。 59 四、連桿連桿連接活塞和曲軸，作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除

37、承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個(gè)很復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的剛性和韌性。連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。 1 小頭與連桿的過(guò)渡處 2 連桿中間 3 大頭與連桿的過(guò)渡處連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域60五、氣門氣門工作時(shí)，需要承受較高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，排氣門工作溫度高達(dá)650 850 。氣門頭部還承受氣壓力及落座時(shí)因慣性力而產(chǎn)生的相當(dāng)大的沖擊。 氣門經(jīng)常出現(xiàn)的故障有：氣門座扭曲、氣門頭部變形、氣門座面積碳

38、時(shí)引起燃燒廢氣對(duì)氣門座面強(qiáng)烈地?zé)g。氣門材料應(yīng)選用耐熱、耐蝕、耐磨的材料。進(jìn)氣門一般可用40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V等合金鋼制造, 而排氣門則要求用高鉻耐熱鋼（如4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)制造。 61六、汽車半軸 汽車半軸在工作時(shí)主要承受扭轉(zhuǎn)力矩和反復(fù)變曲以及一定的沖擊載荷。在通常情況下，半軸的壽命主要取決于花鍵齒的抗壓陷和耐磨損性能，但斷裂現(xiàn)象也不時(shí)發(fā)生。要求半軸材料具有高的抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和較好的韌性。汽車半軸是要求綜合機(jī)械性能較高的零件，通常選用調(diào)質(zhì)鋼制造。中、小型汽車的半軸一般用45鋼、40Cr, 而重型汽車用40MnB、40CrNi或40CrMnM

39、o等淬透性較高的合金鋼制造。1 突緣與桿部相連部位 2 花鍵與桿部相連部位 3 花鍵端 半軸易損壞部位示意圖62 七、車身、縱梁、檔板等冷沖壓零件 在汽車零件中，冷沖壓零件種類繁多，約占總零件數(shù)的50%60%。汽車?yán)錄_壓零件用的材料有鋼板和鋼帶，其中主要是鋼板，包括熱軋鋼板和冷軋鋼板，如鋼板08、20、25和16Mn等 。63機(jī)床用材 一、機(jī)身、底座用材 機(jī)身、機(jī)床底座、油缸、導(dǎo)軌、齒輪箱體、軸承座等大型零件以及其它一些如牛頭刨床的滑枕、皮帶輪、導(dǎo)桿、擺桿、載物臺(tái) 、手輪、刀架等零件或重量大、或形狀復(fù)雜，首選材料為灰口鑄鐵、孕育鑄鐵，球墨鑄鐵亦可選用，它們成本低、鑄造性好、切削加工性優(yōu)異、對(duì)缺

40、口不敏感、減震性好，有良好的耐磨性，非常適合鑄造上述零部件。石墨有良好的潤(rùn)滑作用、并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油、很適宜制造導(dǎo)軌。 64牛頭刨床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 機(jī)床零件 常使用的灰口鑄鐵是：HT150、HT200及孕育鑄鐵HT250、HT300、HT350、HT400等。常使用的球墨鑄鐵為：QT40017、QT42010、QT5005、QT6002、QT7002、QT8002。 65二 機(jī)床齒輪用材 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)可選用HT250、HT300和HT400，和鑄鐵的大齒輪互相嚙合的小齒輪也可用Q235、Q255制造。 閉式齒輪多采用40、45鋼（正火或調(diào)質(zhì)處理）制造。高速、重載或受強(qiáng)烈沖擊的閉式齒輪，宜采用40Cr（調(diào)

41、質(zhì)）或20Cr、20CrMnTi（滲碳、淬火、低溫回火）鋼。不重要的閉式齒輪可使用Q255（不熱處理）制造。球墨鑄鐵QT450-5、可鍛鑄鐵KTZ450-5、KTZ500-4用來(lái)制造尺寸較大或形狀復(fù)雜的閉式傳動(dòng)齒輪。 66三、機(jī)床軸類零件用材 一般采用45鋼（調(diào)質(zhì)）制造軸件。 不重要的或低載的軸可以采用Q235、Q255等鋼制造。 承受重載，且要求直徑小或要求提高軸頸耐磨性的軸，可用40Cr等調(diào)質(zhì)鋼或20Cr等滲碳鋼，整體與軸頸應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。 可用QT600-2、KTZ600-3等球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵制造曲軸和主軸。 67 1、螺旋傳動(dòng)件用材 不熱處理的螺旋傳動(dòng)件用45、50鋼制造，經(jīng)受熱

42、處理的用T10、65Mn、40Cr等制造。 螺母的材料用錫青銅ZQSn6-6-3 、ZQSn10-2，較小載荷及低速傳動(dòng)時(shí)用耐磨鑄鐵。 2、蝸輪傳動(dòng)件用材 （ 1）.蝸輪 當(dāng)滑動(dòng)速度V 3 m/s時(shí)，常采用錫青銅ZQSn10、ZQSn10-1或ZQSn6-6-3等。 滑動(dòng)速度V 4 m/s時(shí)用鑄鋁青銅ZQAl9-4。 滑動(dòng)速度V 2 m/s,且性能要求不高時(shí)可用HT150、HT200、HT250。直徑大于100 mm200 mm的青銅蝸輪，輪芯應(yīng)采用灰口鑄鐵制造。 68 （2）.蝸桿 蝸桿材料適宜用15、20鋼和15Cr、20Cr鋼，表面滲碳淬硬到56 HRC62 HRC，或45、40Cr鋼，

43、表面高頻淬火到45 HRC50 HRC，并經(jīng)磨削、拋光后使用。 一般速度的蝸桿可用45、50鋼或40Cr（調(diào)質(zhì)）制造，表面硬度達(dá)220 HB260 HB，拋光后使用。 低速傳動(dòng)的蝸桿可用Q275制造。 693、滑動(dòng)軸承材料 ChSnSb11-6、ChPbSb14-10-18，用于最高速重載條件下的軸承襯。 ZQSn10-1在銅合金中具有最好的減摩性能，廣泛用于高速和重載條件下。中速和中載條件下ZQSn6-6-3應(yīng)用廣泛。 ZQAl9-2適宜制造形狀簡(jiǎn)單（鑄造性比錫青銅差）的大型襯套、齒輪和軸承。ZQAl10-3-15、ZQAl9-4，可用在重載和低中速條件下。 ZQPb30、ZQPb12-8、

44、ZQPb10-10等主要用于大型曲軸軸承等高速和重的沖擊與變動(dòng)載荷條件下，可作為ChSnSb11-6的代用材料。ZHAl66-6-3-2和ZHMn58-2-2，在低速和中等載荷下可作為青銅的代用品。 HT250、HT350等鑄鐵軸承主要用于低速、輕載條件下。鐵石墨含油軸承用于V 4 m/s,青銅石墨含油軸承用于V6 m/s。 70 4、滾動(dòng)軸承材料 滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈和滾動(dòng)體一般用GCr9、GCr15、GCr15SiMn等高碳鉻或鉻錳軸承鋼和GSiMnV等無(wú)鉻軸承鋼制造，工作表面要經(jīng)過(guò)磨削和拋光，熱處理后一般要求材料硬度在61 HRC65 HRC之間。保持架材料多用低碳鋼薄板、銅合金、塑料或輕合

45、金制造。71儀器儀表用材 一、殼體材料 儀器儀表的殼體（包括面板、底盤）用材廣泛，有低碳結(jié)構(gòu)鋼（如Q195、Q215、Q235），鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼（如1Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti），鋁（工業(yè)純鋁L5及防銹鋁LF5、LF11、LF21等），黃銅 (H62、H68等)等。也有非金屬材料，如ABS可制造管道、儲(chǔ)槽內(nèi)襯、電機(jī)外殼、儀表殼、儀表盤等。聚甲醛用作各種儀表板和外殼、容器、管道等。玻璃纖維增強(qiáng)尼龍可制作儀表盤、玻璃纖維增強(qiáng)苯乙烯類樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于收音機(jī)殼體、磁帶錄音機(jī)底盤、照相機(jī)殼等。玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯可制作轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體。 72二 軸類零件用材 儀器儀表

46、的輥?zhàn)涌梢允褂肣235等鋼、聚甲醛等工程塑料制造。LY12、LY11和HAL60-1-1多用于制造重要且需要耐蝕的軸銷等零件。三、 凸輪與齒輪用材 1、凸輪 多用Q235、45（調(diào)質(zhì)處理）鋼制造。輕載凸輪可以使用尼龍等工程塑料或玻璃纖維增強(qiáng)尼龍等復(fù)合材料制造。 73 2、儀器齒輪 可用普通碳素鋼Q275（不熱處理）制造。 QAL10-4-4、QAl11-6-6可用來(lái)制造400500以下工作的齒輪。 QSi3-1、QTi3.5、QTi3.5-0.2、QTi6-1適宜制造齒輪等耐磨零件。 QBe2、QBe1.9、QBe1.7可用于制造鐘表等儀表齒輪。 ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工程塑料也可制

47、造儀表齒輪。3、蝸輪、蝸桿 QAl11-6-6可用來(lái)制造500 以下工作的蝸輪。 硅青銅QSi3-1亦可用來(lái)制造蝸輪、蝸桿。 聚碳酸酯等工程塑料可制造輕載蝸輪、蝸桿。 74 熱能設(shè)備用材 一、 鍋爐設(shè)備用鋼 1、鍋爐管道用鋼（1）鍋爐管道的工作條件和對(duì)材料的要求 鍋爐管道在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長(zhǎng)期工作，會(huì)產(chǎn)生蠕變、氧化和腐蝕。如過(guò)熱器管外部受高溫?zé)煔獾淖饔?，管?nèi)則流通著高壓蒸汽，而且管壁溫度(即材料溫度)比蒸汽溫度還高50 80 。 為保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，管道用鋼應(yīng)有足夠高的蠕變極限和持久溫度；高的抗氧化性能和耐腐蝕性能；良好的組織穩(wěn)定性；良好的工藝性能，特別是焊接性能要好。75（2

48、）鍋爐管道用鋼 壁溫500 的過(guò)熱器管和壁溫450 的蒸汽管道 一般選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%0.2%之間，常用的是20鋼。壁溫550 的過(guò)熱器管和壁溫510 的蒸汽管道 15CrMo鋼是在這個(gè)溫度范圍應(yīng)用很廣泛的鋼種。該鋼在500 550 具有較高的熱強(qiáng)性、足夠的抗氧化性和良好的工藝性能。 壁溫580 的過(guò)熱器管和壁溫540 的蒸汽管道 12Cr1MoV鋼是應(yīng)用最廣泛的鍋爐管道用鋼。該鋼加入0.2%的釩，其耐熱性能比鉻鉬鋼高, 工藝性能也很好, 得到廣泛的應(yīng)用。 76 壁溫600620的過(guò)熱器管和壁溫550 570 的蒸汽管道 12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB鋼

49、。采用微量多元合金化，使鋼具有更高的組織穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因而耐熱性能更好，使用溫度更高。壁溫600650的過(guò)熱器管和壁溫550 600 的蒸汽管道 較常用的是Cr12%馬氏體型耐熱鋼, 如德國(guó)的X20CrMoWV121(F11)和X20CrMoV121(F12), 瑞典的HT9等鋼種。 過(guò)熱器壁溫超過(guò)650 、蒸汽管道壁溫超過(guò)600 后，需要使用奧氏體耐熱鋼。奧氏體耐熱鋼具有較高的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能，最高使用溫度可達(dá)700 左右。77 2、鍋爐汽包用鋼低壓鍋爐汽包用鋼為12Mng、16Mng和15MnVg等普通低合金鋼板。這些鋼板的綜合機(jī)械性能比碳鋼高，可以減輕鍋爐汽包的重量，節(jié)省大量鋼

50、材。(1) 14MnMoVg鋼 是屈服極限為500 MPa級(jí)的普通低合金鋼。鋼中由于加入了0.5%Mo, 提高了鋼的屈服強(qiáng)度及中溫機(jī)械性能, 特別適合生產(chǎn)厚度為60 mm以上的厚鋼板, 以滿足制造高壓鍋爐汽包的需要。(2) 14MnMoVBReg鋼 是500 MPa級(jí)的多元低碳貝氏體鋼, 屈服極限比碳鋼高一倍, 有良好的綜合機(jī)械性能。由于加入了適量的硼、稀土, 鋼的強(qiáng)度更高, 符合我國(guó)資源情況。(3) 14CrMnMoVBg鋼 屈服極限很高（650 MPa700 MPa），加入強(qiáng)化元素鉻,不僅強(qiáng)度高,塑性、韌性也較好,焊接性能也好,能耐濕度較大地區(qū)的大氣腐蝕。 78 二、汽輪機(jī)用鋼汽輪機(jī)主要零

51、部件包括汽輪機(jī)葉片、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)定子等。 汽輪機(jī) 1、汽輪機(jī)葉片(1) 鉻不銹鋼(1Cr13和2Cr13) 在工作溫度下具有足夠的強(qiáng)度，有高的耐腐蝕性和減振性, 是使用最廣泛的汽輪機(jī)葉片材料。1Cr13在汽輪機(jī)中用于前幾級(jí)動(dòng)葉片, 2Cr13多用于后幾級(jí)動(dòng)葉片。1Cr13和2Cr13鋼的熱強(qiáng)性不高, 當(dāng)溫度超過(guò)500 時(shí), 熱強(qiáng)性明顯下降。1Cr13鋼的最高工作溫度為480 左右, 2Cr13為450 左右。79 (2) 強(qiáng)化型鉻不銹鋼 在1Cr13和2Cr13基礎(chǔ)上加入鉬、鎢、釩、鈮、硼等強(qiáng)化元素，得到Cr11MoV、Cr12WMoV、Cr12WMoNbVB、2Cr12WMoNbVB和

52、1Cr11Ni2W2MoV等強(qiáng)化型鉻不銹鋼, 它們的熱強(qiáng)性比1Cr13和2Cr13高, 可在560 600 下長(zhǎng)期工作。(3) 鉻-鎳不銹鋼 在600 溫度以上工作的葉片, 應(yīng)選用鉻-鎳奧氏體不銹鋼或高溫合金, 如Cr17Ni13W、Cr14Ni18W2NbBCe、Cr15Ni35W3Ti3AlB等。 80 2、汽輪機(jī)輪子(1) 34CrMo鋼 采用正火(或淬火)+高溫回火處理, 用作工作溫度480 以下的汽輪機(jī)葉輪和主軸, 它有較好的工藝性能和較高的熱強(qiáng)性, 而且長(zhǎng)時(shí)期使用組織比較穩(wěn)定, 無(wú)熱脆傾向, 但工作溫度超過(guò)480 時(shí)熱強(qiáng)性明顯降低。(2) 35CrMoV鋼 由于加入了釩, 使鋼的室

53、溫和高溫強(qiáng)度均超過(guò)34CrMo鋼, 可用來(lái)制造要求較高強(qiáng)度的鍛件, 如用于工作溫度500 520 以下的葉輪和25 MW和50 MW中壓汽輪機(jī)葉輪。(3) 34CrNi3Mo鋼 是大截面高強(qiáng)度鋼, 具有良好的綜合機(jī)械性能和工藝性能, 無(wú)回火脆性, 在450 以下具有高的蠕變極限和持久強(qiáng)度, 可用于制造工作溫度400 以下的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)整鍛轉(zhuǎn)子及葉輪。 81 (4) 33Cr3MoWV鋼 是我國(guó)研制的無(wú)鎳大鍛件用鋼, 主要用來(lái)代替34CrNi3Mo鋼?？捎脕?lái)制造工作溫度450 、厚度450 mm、s=736 MPa級(jí)的汽輪機(jī)葉輪, 目前已在50 MW以下的汽輪機(jī)中應(yīng)用, 運(yùn)行情況良好。該鋼

54、的優(yōu)點(diǎn)是淬透性高, 沒(méi)有回火脆性。 (5) 20Cr3WMoV鋼 是一種性能優(yōu)良的低合金耐熱鋼, 用于工作溫度低于550 的汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)整鍛轉(zhuǎn)子和葉輪等大鍛件。 82 化工設(shè)備用材化學(xué)工業(yè)部門的主要設(shè)備有壓力容器、換熱器、塔設(shè)備和反應(yīng)釜等。這些設(shè)備使用條件比較復(fù)雜，溫度從低溫到高溫；壓力從真空(負(fù)壓)到超高壓；物料有易燃、易爆、劇毒或強(qiáng)腐等。目前，化工設(shè)備的主要用材是合金鋼，有的還用有色金屬及其合金、非金屬材料。83 一、化工設(shè)備用金屬材料1、低合金結(jié)構(gòu)鋼 除要求強(qiáng)度外，還要求有較好的塑性和焊接性，以利設(shè)備的加工制造。但強(qiáng)度較高者，其塑性和焊接性能將有所下降。因此，必須根據(jù)容器的具體工作條

55、件(如溫度、壓力)和制造加工要求(如卷板、焊接)來(lái)選用適當(dāng)強(qiáng)度級(jí)別的鋼材。常用的鋼種有16MnR、15MnVR和18MnMoNbR等。842. 不銹鋼(1) 鉻不銹鋼 1Cr13、2Cr13等鋼種在弱腐蝕介質(zhì)(如鹽水溶液、硝酸、濃度不高的有機(jī)酸等)和溫度低于30 時(shí)，有良好的耐蝕性。在海水、蒸汽和潮濕大氣條件下，也有足夠的耐蝕性。但在硫酸、鹽酸、熱硝酸、熔融堿中耐蝕性較低。故多用作化工設(shè)備中受力不大的耐蝕零件，如軸、活塞桿、閥件、螺栓等。 OCr13、OCr17Ti等鋼種，具有較好的塑性，而且耐氧化性酸(如稀硝酸)和硫化氫氣體腐蝕，常用于代替高鉻鎳型不銹鋼用于化工設(shè)備上，如用于維綸生產(chǎn)中耐冷醋

56、酸和防鐵銹污染產(chǎn)品的耐蝕設(shè)備上。(2) 鉻鎳不銹鋼 有耐蝕要求的壓力容器常用鉻鎳不銹鋼，主要牌號(hào)有1Cr18Ni9、OCr18Ni11Ti和OCr17Ni12Mo2等。該類鋼經(jīng)固溶處理后是單一的奧氏體組織, 可得到良好的耐蝕性、耐熱性、低溫和高溫機(jī)械性能及焊接性能。 853. 耐熱鋼 1Cr13Si3、1Cr25Si2 鐵素體鋼, 有晶粒長(zhǎng)大傾向, 不宜承受沖擊負(fù)荷, 但抗氧化性好, 在含硫的氣氛中有好的抗蝕性。最高使用溫度900 1150 制造過(guò)熱器吊架, 吹灰器管, 噴嘴等, 熱交換器。 1Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si2 奧氏體鋼, 有較高的高溫強(qiáng)度及抗氧化性, 對(duì)含硫氣氛較敏

57、感, 在600 800 有析出相的脆化傾向。最高使用溫度1050 1200 。制造熱裂解管、爐內(nèi)傳送帶、爐內(nèi)支架、高溫加熱爐管、燃燒室構(gòu)件。86二、化工設(shè)備用有色金屬及其合金1. 銅及其合金純銅 耐不濃的硫酸、亞硫酸，稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其他非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕。對(duì)淡水、大氣和堿類溶液的耐蝕能力很好。銅不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。純銅主要用于制造有機(jī)合成和有機(jī)酸工業(yè)上用的蒸發(fā)器、蛇管等。 黃銅 耐蝕性與銅相似，特別是大氣中耐蝕性要比銅好，在化工設(shè)備上應(yīng)用很廣?；ど铣Ｓ玫狞S銅牌號(hào)是H80、68和H62等。H80和H68塑性好, 可在常溫下沖壓成型, 可用于制造容器零件。

58、H62在常溫下塑性較差, 機(jī)械性能較高,可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭和螺母等。 青銅 化工設(shè)備常用錫青銅。錫青銅不僅強(qiáng)度、硬度高，鑄造性能好，而且耐蝕性好，在許多介質(zhì)中的耐蝕性都比銅高，特別在稀硫酸溶液、有機(jī)酸和焦油、稀鹽溶液、硫酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液和海水介質(zhì)中，都具有很好的耐蝕性。錫青銅主要用來(lái)鑄造耐蝕和耐磨零件，如泵外殼、閥門、齒輪、軸瓦、蝸輪等零件。 872. 鋁及其合金工業(yè)純鋁 廣泛應(yīng)用于制造硝酸、含硫石油工業(yè)、橡膠硫化和含硫的藥劑等生產(chǎn)所用設(shè)備，如反應(yīng)器、熱交換器、槽車和管件等。 防銹鋁 防銹鋁的耐蝕性比純鋁高，可用作空氣分離的蒸餾塔、熱交換器、各式容器和防銹蒙皮等。3. 鉛及其合金鉛在許多介質(zhì)中，特別是在熱硫酸和冷硫酸中，具有很高的耐蝕性。由于鉛的強(qiáng)度和硬度低，不適宜單獨(dú)制作化工設(shè)備零件，主要作設(shè)備襯里。 88 航空航天器用材 航空