《工程材料及應(yīng)用》課件第11章

第11章工程材料的應(yīng)用

11.1機床用材11.2儀器儀表用材11.3熱能設(shè)備用材11.4汽車用材11.5航空航天器用材11.6化工設(shè)備用材

11.1機床用材

機床用材是用來制造各種機床零部件的工程材料。從牛頭刨床結(jié)構(gòu)簡圖(圖11－1)可以看出，常用的機床零部件有機座、軸承、導(dǎo)軌、軸類、齒輪、彈簧、緊固件、刀具等。圖11－1牛頭刨床結(jié)構(gòu)示意圖

機床零部件在工作時將承受拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、摩擦、振動等力的作用，或幾種力的同時作用。在機床零部件的截面上產(chǎn)生拉、壓、切等應(yīng)力，這些應(yīng)力值或是恒定的或是變化的，在方向上或是單向的或是反復(fù)的，在加載方式上或是逐漸加載或是驟然加載。這些零部件的工作溫度多在-50～150℃之間，同時受到大氣、水分、潤滑油及其他介質(zhì)的腐蝕作用。

機床零部件在制造過程中往往要經(jīng)過鍛壓、鑄造、焊接、彎曲、拉拔和車、銑、刨、鏜、磨等冷、熱加工工序，所以機床用材應(yīng)該具有良好的熱加工性能及切削加工性能。

常用的機床用材有各種結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、工具鋼、鑄鐵、有色金屬、橡膠和工程塑料等。本節(jié)將介紹典型的機床零部件經(jīng)常使用的材料。

11.1.1機身、底座用材

機身、機床底座、油缸、導(dǎo)軌、齒輪箱體、軸承座等大型零件以及其他一些如牛頭刨床的滑枕、皮帶輪、導(dǎo)桿、擺桿、載物臺、手輪、刀架等零件或重量大,或形狀復(fù)雜，首選材料當為灰口鑄鐵、孕育鑄鐵，球墨鑄鐵亦可選用，因它們成本低、鑄造性好、切削加工性優(yōu)異、對缺口不敏感、減振性好，故非常適合鑄造上述零部件，且石墨具有良好的潤滑作用,并能儲存潤滑油,很適宜制造導(dǎo)軌，同時鑄鐵有良好的耐磨性。

常使用的灰口鑄鐵牌號是：HT150、HT200及孕育鑄鐵HT250、HT300、HT350、HT400等，其中HT200和HT250用得最多。常使用的球墨鑄鐵牌號為：QT400-17、QT420-10、QT500-5、QT600-2、QT700-2、QT800-2，如QT400-17、QT420-10可用來制造閥體、閥蓋，QT600-2、QT700-2、QT800

-2可制造冷凍機缸體。

機身、箱體等大型零部件在單件或小批量生產(chǎn)時。也可采用普通低碳碳素鋼來制造，如Q215、Q235、Q255，其中Q235用得最多。

隨著對產(chǎn)品外觀裝飾效果的日益重視，1Cr13、1Cr18Ni10、1Cr18Ni9Ti等不銹鋼，H62、H68等黃銅的使用也日趨增多。鋁(工業(yè)純鋁L5及防銹鋁LF5、LF11、LF21，硬鋁LY11、LY12等)的裝飾效果也很好。可制作控制面板、標牌、底版及箱體等。非金屬材料，尤其是工程塑料和復(fù)合材料，機械性能大幅度提高，顏色鮮艷、不銹蝕、成本低，已經(jīng)大量應(yīng)用于機床行業(yè)中。如聚丙烯，其剛性、彈性模量、硬度等機械性能都較高，同時絕緣性優(yōu)越，可用于電氣部分。ABS塑料機械性能良好，同時尺寸穩(wěn)定，容易電鍍和易于成型，耐熱和耐蝕性較好，且原料易得，價錢便宜，是制造機床控制箱殼體等的優(yōu)異材料。聚甲醛塑料具有良好的綜合性能，彈性模量和硬度較高，抗蠕變性能好，韌性也好，耐疲勞性能在熱塑性工程塑料中是最高的，已廣泛用作各種容器、管道等。復(fù)合材料如玻璃纖維增強聚乙烯的強度和抗蠕變性能好，耐水性優(yōu)良，可以制作轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體等。

11.1.2齒輪用材

開式齒輪傳動防護和潤滑的條件較差，其可能破壞的方式除了在齒根折斷外，主要還是齒面發(fā)生磨損。因此，選用材料應(yīng)當考慮其耐磨性且不需要經(jīng)常給予潤滑。這樣由于有足夠硬度的HT250、HT300和HT400等灰口鑄鐵既有較好的耐磨性，又因內(nèi)部含有石墨起減摩作用而降低對潤滑的要求，同時還具有容易做成復(fù)雜的形狀和成本低的優(yōu)點而成為首選材料。但是灰口鑄鐵彎曲強度低、脆性大，不宜承受沖擊載荷，同時為了減輕磨損，一般限制開式灰鐵齒輪的節(jié)圓線速度在3m/s以下。鋼在無潤滑情況下，只能用作小齒輪和鑄鐵的大齒輪互相嚙合。常用普通碳素鋼Q235、Q255和Q275制造。成對的鋼齒輪不應(yīng)用于開式齒輪傳動。

閉式齒輪多采用40鋼、45鋼等經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理的中碳優(yōu)質(zhì)鋼制造，齒面硬度在170～280HB之間為宜。整體淬火和表面淬火后強度和硬度更高，硬度可達40～63HRC，適合用于較高的速度(v＞2～4m/s)和承受較重的載荷。高速、重載或受強烈沖擊的閉式齒輪，宜采用40Cr等調(diào)質(zhì)鋼或20Cr、20CrMnTi等滲碳鋼制造，并進行相應(yīng)的熱處理。

不重要的閉式齒輪可使用普通碳素鋼Q275制造，一般不經(jīng)熱處理。球墨鑄鐵QT450-5，可鍛鑄鐵KTZ450-5、KTZ500-4已廣泛用來制造尺寸較大或形狀復(fù)雜的閉式傳動齒輪，并可將速度提高到5～6m/s。普通的灰口鑄鐵脆性大，非金屬材料強度較低，都不宜用來制造機床閉式傳動的齒輪。相互嚙合的一對鋼齒輪，如果材料的硬度一樣，則由于兩個齒輪的轉(zhuǎn)速不同，常引起齒面磨損不均勻，為防止產(chǎn)生這種現(xiàn)象，小齒輪的齒面硬度比大齒輪高20～40HB為宜。表11－1為配對齒輪材料的常用選配方案。

表11－1配對齒輪材料的可用選配方案

11.1.3軸類零件用材

軸類零件用材應(yīng)具有足夠的疲勞強度,較小的應(yīng)力集中敏感性和良好的加工性能，后者是易于加工和獲得高光潔表面的必要條件。

一般采用正火或調(diào)質(zhì)處理的45鋼等優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造軸類零件。不重要的或受力較小的軸及一般較長的傳動軸可以采用Q235、Q255或Q275等普通碳素鋼制造。

承受載荷較大，且要求直徑小、重量輕或要求提高軸頸耐磨性的軸，可以采用40Cr等合金調(diào)質(zhì)鋼或20Cr等合金滲碳鋼，整體與軸頸應(yīng)進行相應(yīng)的熱處理。

常采用QT600—2、KTZ600—3等球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵制造曲軸和主軸。

11.1.4螺紋聯(lián)接件用材

螺紋聯(lián)接件可由螺栓、多頭螺栓、緊固螺釘和緊定螺釘?shù)嚷?lián)接零件構(gòu)成，亦可由被聯(lián)接零件本身的螺紋部分構(gòu)成。前一種聯(lián)接中的聯(lián)接零件稱為緊固件，多為標準件;后一種是非標準零件。螺紋聯(lián)接件常用材料如下：

無特殊要求的一般螺紋聯(lián)接件常用低碳或中碳的普通碳素鋼Q235、Q255、Q275制造,其中Q275通常用于相對載荷較大的螺栓。普通碳素鋼螺栓一般不進行熱處理。

用35鋼、45鋼等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制造的螺栓，常用于中等載荷以及精密的機床上。這種螺栓一般應(yīng)進行整體的或局部的熱處理。如機床主軸法蘭聯(lián)接螺栓可用35鋼調(diào)質(zhì)處理。用35鋼及45鋼制造的，經(jīng)常要擰進、擰出的螺栓頭部，緊固螺釘?shù)亩瞬?，往往要進行氰化以便獲得較高的硬度。

合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr、40CrV等主要用于受重載高速的極重要的聯(lián)接螺栓。例如各種大型工程機械的聯(lián)接螺栓。這類螺栓必須經(jīng)過熱處理，一般經(jīng)熱處理后的螺栓強度可提高75%左右。在水和其他弱腐蝕介質(zhì)中工作的螺栓、螺母可以使用馬氏體不銹鋼制造，如水壓機用螺栓材料可用1Cr13。

11.1.5螺旋傳動件用材

螺旋傳動可以把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，亦可以把直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動。在機床中這種傳動廣泛用作進給機構(gòu)和調(diào)節(jié)裝置，如絲杠—螺母傳動。

螺旋傳動件使用的材料要求具有高的耐磨性，重載荷的螺旋材料必須有高的強度。通常，不進行熱處理的螺旋傳動件用45鋼、50鋼制造，經(jīng)受熱處理的用T10、65Mn、40Cr等制造。

螺母的材料用錫青銅ZQSn10-2、ZQSn6-6-3，其中ZQSn6-6-3使用得最為廣泛。在較小載荷及低速傳動中用耐磨鑄鐵。

11.1.6蝸輪傳動用材

蝸輪蝸桿的嚙合情況與齒輪齒條相似，其可能破壞的形式也和齒輪一樣，對于低速運轉(zhuǎn)的開式傳動，常因齒根和齒面磨損而破壞，對于一般的閉式傳動，當齒面接觸強度不足時，常因齒面剝落而破壞，當齒面接觸強度較高時，也有可能因齒根折斷而破壞。但是由于蝸輪傳動有著齒的側(cè)面滑動的特殊問題，當長期高速運轉(zhuǎn)時往往會因發(fā)熱嚴重而在齒面膠合破壞，因此為防止蝸輪傳動件破壞，應(yīng)采取比齒輪傳動要求更高的措施。

由于蝸輪與蝸桿的轉(zhuǎn)速相差比較懸殊，在相同的時間內(nèi)，蝸桿受磨損的機會遠較蝸輪大得多，因此蝸輪、蝸桿要采用不同的材料來制造，蝸桿材料要比蝸輪材料堅硬耐磨，以免蝸桿很快磨損。一般應(yīng)根據(jù)傳動件的滑動速度選擇蝸輪、蝸桿的材料。

制造蝸輪的材料有鑄錫青銅、鑄鋁青銅和鑄鐵。當滑動速度v≥3m/s時，常采用錫青銅ZQSn10、ZQSn10-1或ZQSn6-6-3等。這些材料的耐磨性好，但價格較高。鑄鋁青銅ZQAl9-4的強度較高，價格較低，但耐磨性較差，容易發(fā)生膠合破壞，一般用在滑動速度v≤4m/s的地方。至于普通灰口鑄鐵，如HT150、HT200、HT250等，則應(yīng)用于滑動速度v≤2m/s，對性能要求不高的傳動中。

為節(jié)約貴重的鋼合金，對于直徑大于100～200mm的青銅蝸輪，應(yīng)采用青銅輪緣與灰鑄鐵輪心分別加工再組裝成一體的結(jié)構(gòu)。蝸桿材料一般為碳鋼或合金鋼。蝸桿表面的硬度和光潔度越高，耐磨性和抵抗膠合破壞的性能就越好，因此滑動速度高的蝸桿以及與鑄鋁青銅相配的蝸桿都用高硬度的材料來制造，如用15鋼、20鋼和15Cr鋼、20Cr鋼，表面滲碳淬硬到56～62HRC，或45鋼、40Cr鋼，表面高頻淬火到45～50HRC，并經(jīng)磨削、拋光以提高表面光潔度。

一般速度的蝸桿可用45鋼、50鋼或40Cr銅制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后表面硬度達220～260HB，最好再經(jīng)過拋光后使用。低速傳動的蝸桿也可以用普通碳素鋼Q275制造。

11.1.7軸承材料

1.軸承用金屬材料

1)軸承合金

巴氏合金的減摩性優(yōu)于其他所有減摩合金，但強度不如青銅和鑄鐵，因此不能單獨作為軸瓦或軸套，而僅作為軸承襯使用，它主要用于最高速重載條件下。就減摩性能來說以ZChSnSb11-6最好，其次是ZChPbSb14-10-18。

銅基軸承合金中，錫青銅在銅合金中具有最好的減摩性能，如ZQSn10-1廣泛用于高速和重載條件下。中速和中載條件下錫鋅鉛青銅2QSn6-6-3應(yīng)用廣泛，但是錫青銅強度較低，價格較高。鑄鋁青銅ZQAl9-2適宜制造形狀簡單(鑄造性比錫青銅差)的大型鑄件，如襯套、齒輪和軸承。ZQAl10-3-15、ZQAl9-4的強度和耐磨性高，可用在重載和低中速條件下。ZQPb30、ZQPb12-8、ZQPb10-10等鑄鉛青銅沖擊韌性、沖擊疲勞強度高，主要用于大型曲軸軸承等高速和重的沖擊與變動載荷條件下，可作為ZChSnSb11-6的代用材料，且其疲勞強度比后者高。鑄鋁、鑄鉛青銅對軸頸的磨損較大，所以要求軸頸表面淬火和高光潔。

黃銅的減摩性能和強度顯著低于青銅，但鑄造工藝性優(yōu)異,易于加工。在低速和中等載荷下可作為青銅的代用品。常用的有鋁黃銅ZHAl66-6-3-2和錳黃銅ZHMn58-2-2。

2)鑄鐵

HT250、HT350等灰口鑄鐵或耐磨鑄鐵軸承主要用于低速、輕載條件下，為了減少軸頸的磨損，鑄鐵軸承的硬度最好比軸頸硬度低20～40HB。

2.軸承用粉末冶金材料

粉末冶金材料可用于制造含油軸承，常用的有鐵石墨和青銅石墨含油軸承，它們分別用鐵的粉末和銅的粉末為基體加入一定量的石墨、硫和錫等粉末用壓力機壓制成型，然后在高溫下燒結(jié)而成。國內(nèi)用的最多的是Fe－C、Fe－S－C和Cu－Sn－Pb－C系合金。加入S、Sn、Pb等元素是為了提高其減摩性能。由于燒結(jié)后其結(jié)構(gòu)呈多孔性，預(yù)先將其浸在潤滑油中使其吸滿潤滑油，工作時可實現(xiàn)自動潤滑作用，所以稱為含油軸承。它已廣泛用于機床、起重運輸機械、紡織機械等產(chǎn)品中代替滾動軸承和青銅軸套。如皮帶運輸機中支撐輥子軸的滾動軸承過長，用含油軸承代替效果很好。

含油軸承的硬度低，所以與鋼軸的磨合性好，也不易傷軸，可與未淬火的軸頸相配。

含油軸承的缺點是韌性小，只用于平穩(wěn)、無沖擊載荷、低中速和間歇工作的條件下。鐵石墨含油軸承、青銅石墨軸承分別用于v≤4m/s或v≤6m/s的場合。鐵石墨含油軸承比青銅石墨含油軸承容易制造、強度高、價廉(不用有色金屬)，所以應(yīng)用更廣泛。

3.塑料軸承

塑料軸承的優(yōu)點是低的摩擦系數(shù)和優(yōu)異的自潤滑性能，良好的耐磨性和磨合性，高的抗膠合能力和耐腐蝕性。塑料軸承在潤滑條件非常差的情況下也能正常工作，在低速、輕載時還可以在干摩擦情況下工作，因此塑料軸承不僅可以在很多情況下代替金屬軸承，且可以完成金屬軸承不能完成的任務(wù)。如在某些加油困難、要求避免油污(醫(yī)藥、造紙及食品機械)和由于潤滑油蒸發(fā)有發(fā)生爆炸危險(制氧機)的機床中。在無油潤滑條件下工作或在水、腐蝕性液體(酸、堿、鹽及其他化學(xué)溶液)等介質(zhì)中工作時，由于塑料的自潤滑性能和高的耐腐蝕性能以及彈性良好、能夠吸振、消音功能，因而塑料軸承的性能比金屬軸承的性能更優(yōu)越。塑料軸承的缺點是耐熱性差。常用的塑料軸承材料有ABS塑料、尼龍、聚甲醛、聚四氯乙烯等。

4.橡膠軸承

橡膠軸承主要用于水輪機、水泵及其他工作于多泥沙而有充足的水潤滑的機器中。由于橡膠彈性好，能吸振和適應(yīng)軸的偏斜。有充足的水潤滑時，橡膠軸承與鋼軸的摩擦系數(shù)和軸承合金與鋼軸在油潤滑時的摩擦系數(shù)差別很小。當潤滑的水中混有砂粒時僅能引起橡膠的變形，磨粒在軸頸旋轉(zhuǎn)的帶動下落入潤滑溝槽后即被水沖掉。但橡膠導(dǎo)熱性差，當溫度超過60～70℃時易老化，軸承即喪失工作能力并發(fā)生抱軸現(xiàn)象，所以必須有充足的水潤滑和冷卻。

11.1.8滾動軸承用材

滾動軸承是一個組件，有多種標準件可以選購。根據(jù)滾動軸承的工作條件，滾動體與內(nèi)外因滾道的接觸理論上為點接觸或線接觸，受載后接觸應(yīng)力較大，所以要求主要零件的材料有高的硬度、接觸疲勞強度、耐磨性和高的沖擊韌性和強度等。為此，滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體一般用GCr9、GCr15、GCr15SiMn等高碳鉻或鉻錳軸承鋼和GSiMnV等無鉻軸承鋼制造。工作表面要經(jīng)過磨削和拋光，熱處理后一般要求材料硬度可達61～65HRC。

對保持架材料一般要求較低，普通軸承的保持架多采用低碳鋼薄板沖壓成形，有的則用銅合金制成。高速軸承要求保持架強而輕，多采用塑料或輕合金制造。

11.1.9機床其他零件用材

1.凸輪用材

機床大多數(shù)凸輪所用材料為中碳鋼或中碳合金鋼，一般尺寸不大的平板凸輪可用45鋼板制造，進行調(diào)質(zhì)處理。要求高的凸輪可用45鋼或40Cr鋼制造，進行表面淬火，硬度可達50～60HRC。尺寸較大的凸輪(直徑大于300mm或厚度大于30mm)，一般采用HT200、HT250或HT300等灰鑄鐵或耐磨鑄鐵制造，對于和凸輪配套使用的滾子，由于容易制造，一般希望使用中比凸輪先壞，但因為滾子比配套的凸輪工作時間長，故一般滾子和凸輪可使用相同的材料，實際中采用45鋼者較多。

一些承載不同的操縱凸輪也可用工程塑料或復(fù)合材料制造。如尼龍、聚甲醛、玻璃纖維增強的酚醛樹脂復(fù)合材料等。

2.刀具用材

工具材料包括碳素工具鋼(如T8、T10、T12)、合金刃具鋼(如9Mn2V、9SiCr、Cr、CrW5、CrMn、CrWMn)、高速鋼(如W18Cr4V、9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3)和硬質(zhì)合金(如WC－Co硬質(zhì)合金YG3、YG6、YG8，WC－TiC－Co硬質(zhì)合金YT30、YT15、YT14，WC－TiC－TaC－Co硬質(zhì)合金YW1、YW2)。

3.其他一些機床零件用材

轉(zhuǎn)軸、心軸、主軸、嚙合和摩擦離合器、鏈環(huán)片、剎車鋼帶、鍵以及強烈受磨損或強度要求高的零件可使用45鋼、50鋼、60鋼制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。而許多要求較低的機床用零件可以使用成本低廉的灰鑄鐵和普通碳素鋼制造，表11－2和表11－3舉例說明了這些常用零件通常使用的材料牌號。

表11－2一些常用機床零件的材料牌號（灰鑄鐵）

表11－3一些常用機床零件的材料牌號

11.2儀器儀表用材

11.2.1殼體材料

1.金屬材料

儀器儀表的殼體(包括面板、底盤)用材廣泛。如用低碳結(jié)構(gòu)鋼(如Q195、Q215、Q235)，再用油漆防銹和裝飾，可達到較好效果，用鉻不銹鋼、鉻鎳奧氏體不銹鋼(如1Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti)則更華麗，且耐蝕性好，如某型號電梯控制面板及箱體板用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制造，顯得富麗堂皇；鋁(工業(yè)純鋁L5及防銹鋁LF5、LF11、LF21等)、黃銅(H62、H68等)等有色金屬材料亦有很好的裝飾效果。

2.非金屬材料

非金屬材料如工程塑料和復(fù)合材料，機械性能已有大幅度提高，有的已經(jīng)超過鋁合金，且顏色鮮艷、不銹蝕、成本低。例如ABS塑料，易電鍍和易成型、機械性能良好，是制造管道、儲槽內(nèi)襯、電機外殼、儀表殼、儀表盤、小轎車車身等的良好材料。聚甲醛塑料的綜合性能優(yōu)異，耐疲勞性能在熱塑性工程塑料中是最高的，已廣泛用作各種儀表板和外殼、容器、管道等。玻璃纖維增強尼龍的剛度、強度和減摩性好，可代替有色金屬制作儀表盤。玻璃纖維增強苯乙烯類樹脂廣泛應(yīng)用于收音機殼體、磁帶錄音機底盤、照相機殼、空氣調(diào)節(jié)器葉片等。玻璃纖維增強聚乙烯的強度和抗蠕變性能好，耐水性優(yōu)良，可以作轉(zhuǎn)矩變換器、干燥器殼體。

11.2.2軸類零件用材

儀器儀表的軸其一般載荷很小，考慮到要減輕重量、降低成本或提高精度，可以使用Q235等普通碳素鋼、聚甲醛塑科等工程塑料制造。硬鋁LY12、LY11和黃銅HAL60－1－1多用于制造重要且需要耐蝕的軸銷等零件。

11.2.3凸輪用材

儀器中多數(shù)凸輪所用材料為中碳鋼或中碳合金鋼，一般尺寸不大的平板凸輪可用45鋼板制造，進行調(diào)質(zhì)處理。要求高的凸輪可用45鋼或40Cr鋼制造，進行表面淬火。和鋼凸輪配套使用的滾子，采用45鋼者較多。

一些承載小的凸輪可以使用尼龍等工程塑科或玻璃纖維增強尼龍等復(fù)合材料制造。

11.2.4齒輪用材

儀器儀表中齒輪用材范圍非常廣泛，有鋼、銅、工程塑料和復(fù)合材料等。

用普通碳素鋼Q275制造齒輪，一般不經(jīng)熱處理。

鋼合金常用來制造儀器儀表齒輪，如鋁青銅具有高的硬度、強度、抗蝕性、減摩耐磨性以及良好的加工性，QAl10-4-4可用來制造400℃以下工作的齒輪、閥座，QAl11-6-6可用來制造500℃以下工作的齒輪、套管及其他減摩和耐蝕的零件。硅青銅QSi3-1有高的彈性、強度和耐磨性，耐蝕性良好，可用來制造耐蝕件及齒輪、制動桿等。鉑青銅QBe2、QBe1.9、QBe1.7可用于制造鐘表等儀表齒輪。鈦青銅QTi3.5、QTi3.5-0.2、QTi6-1有高的強度、硬度、彈性、耐磨性、耐熱性、耐疲勞性和耐蝕性，并且無鐵磁性，適宜制造齒輪等耐磨零件。

可以使用工程塑料制造儀表齒輪，ABS塑料機械性能良好，尺寸穩(wěn)定，容易電鍍和易于成型，耐熱性較好，是制造齒輪、泵葉輪的理想材料。尼龍是一種熱塑性塑料，具有突出的耐磨性和自潤滑性能，良好的機械性能，耐水、油等多種溶劑，成型性能也好，適合制造要求耐磨、耐蝕的某些承載的傳遞零件，如齒輪螺釘、螺母以及其他小型零件。聚甲醛塑料具有優(yōu)異的綜合性能，摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，在干摩擦條件下尤為突出，抗蠕變性能好，耐疲勞性能在熱塑性工程塑料中是最高的，可以制造主要受摩擦的各種零件，如齒輪、凸輪、輥子、閥桿等，也可制造墊圈、墊片、法蘭彈簧等構(gòu)件。聚碳酸酯譽稱“透明金屬”，有優(yōu)良的綜合性能，沖擊韌性和延性突出，在熱塑性塑料中是最好的，抗蠕變性能好，尺寸穩(wěn)定性高，透明度高，可染成各種顏色，吸水性小，可在-60～120℃溫度范圍內(nèi)長期工作，可制造輕載但沖擊韌性和尺寸穩(wěn)定性要求高的零件，如輕載齒輪、芯軸、凸輪、螺栓螺帽、鉚釘、齒條和絕緣墊圈、安管和電子儀器外殼、信號燈等。酚醛塑料具有一定的強度和硬度，耐磨性好，絕緣性好，耐熱性較高，廣泛用于制造各種電信器材和電木制品，如各種插頭、開關(guān)、電話機、儀表盒、內(nèi)燃機曲軸皮帶輪、無聲齒輪、泵體等。11.2.5蝸輪、蝸桿用材

儀器儀表中經(jīng)常使用銅合金制造蝸輪、蝸桿。如鋁青銅具有高的硬度、強度、抗蝕性、減摩耐磨性以及良好的加工性，QAl11－6－6可用來制造500℃以下工作的蝸輪、套管及其他減摩和耐蝕的零件。硅青銅QSi3－1有高的彈性、強度和耐磨性，耐蝕性良好，可用來制造蝸輪、蝸桿及耐蝕件等。

聚碳酸酯等工程塑料可制造輕載蝸輪、蝸桿等零件。

11.3熱能設(shè)備用材

熱能設(shè)備種類很多，主要包括鍋爐、汽輪機、電機等。這些設(shè)備多數(shù)在高溫、高壓和腐蝕介質(zhì)作用下長期運行，對所用材料提出了很高的要求。因此，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備及其零部件的工作條件，合理地選用材料，以保證熱能設(shè)備的安全運行。本節(jié)主要介紹鍋爐和汽輪機及其部件的用材。

11.3.1鍋爐主要設(shè)備用鋼

1.鍋爐管道用鋼

1)鍋爐管道的工作條件和對材料的要求

鍋爐管道包括受熱面管子(過熱器、水冷壁管、省煤器等管子)和蒸汽管道(主蒸汽管道、蒸汽導(dǎo)管、聯(lián)箱、連接管等)。這些管道在高溫、應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下長期工作，會產(chǎn)生蠕變、氧化和腐蝕。如過熱器管外部受高溫?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)備安全可靠地運行，對管道用鋼提出如下要求：

(1)足夠高的蠕變極限和持久強度；

(2)高的抗氧化性能和耐腐蝕性能；

(3)良好的組織穩(wěn)定性；

(4)良好的工藝性能，特別是焊接性能要好。

2)鍋爐管道用鋼

鍋爐管道用鋼的選擇應(yīng)根據(jù)管道的工作條件尤其是管道的工作溫度，合理地進行選擇。下面按鍋爐管道的壁溫(工作溫度)介紹用鋼情況：

(1)壁溫≤500℃的過熱器管和壁溫≤450℃的蒸汽管道。

一般選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其碳質(zhì)量分數(shù)在0.1%～0.2%之間，常用的是20鋼。該鋼在450℃以下具有足夠的強度，530℃以下具有良好抗氧化性能，而且工藝性能良好，價格低廉。

(2)壁溫≤550℃的過熱器管和壁溫≤510℃的蒸汽管道。

15CrMo鋼是在這個溫度范圍應(yīng)用很廣泛的鋼種。該鋼在500℃熱強性、足夠的抗氧化性和良好的工藝性能。

(3)壁溫≤580℃的過熱器管和壁溫≤540℃的蒸汽管道。

12Cr1MoV鋼是該溫度范圍應(yīng)用最廣泛的鍋爐管道用鋼。該鋼是在Cr－Mo鋼的基礎(chǔ)上，加入質(zhì)量分數(shù)為0.2%的釩的低合金耐熱鋼，其耐熱性能比鉻鋼高，工藝性能也很好，得到廣泛的應(yīng)用。

(4)壁溫≤600～620℃的過熱器管和壁溫≤550～570℃的蒸汽管道。

12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB鋼是該溫度范圍應(yīng)用較廣的材料。它們的共同特點是采用微量多元合金化。鉻質(zhì)量分數(shù)在2%左右，其他的元素質(zhì)量分數(shù)更少，通過多種元素的相互作用，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。

(5)壁溫≤600～650℃的過熱器管和壁溫≤550～600℃的蒸汽管道。

在此溫度范圍內(nèi)，一般珠光體型的低合金耐熱鋼已不能滿足使用要求，需要采用高合金耐熱鋼，較常用的是Cr質(zhì)量分數(shù)為12%馬氏體型耐熱鋼，如德國的X20CrMoWV121(F11)和X20CrMoV121(F12)、瑞典的HT9等鋼種。

2.鍋爐汽包用鋼

1)鍋爐汽包的工作條件及對材料的要求

鍋爐汽包鋼材在中溫(350℃以下)、高壓狀態(tài)下工作，它除承受較高的內(nèi)壓以外，還會受到?jīng)_擊、疲勞載荷及水和蒸汽介質(zhì)的腐蝕作用。對鍋爐汽包材料的要求是：

(1)較高的常溫和中溫強度；

(2)良好的塑性、韌性和冷彎性能；

(3)較低的缺口敏感性。制造鍋爐時，要在鍋爐鋼板上開孔和焊接管接頭，易造成應(yīng)力集中，因此要求鋼材有較低的缺口敏感性；

(4)氣孔、琉松、非金屬夾雜物等缺陷盡可能少；

(5)良好的焊接性能等加工工藝性能。

2)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。這些鋼板的綜合機械性能比碳鋼高，可以減輕鍋爐汽包的重量，節(jié)省大量鋼材。

14MnMoV8鋼是屈服極限為500MPa級的普通低合金鋼。鋼中由于加入了質(zhì)量分數(shù)為0.5%的Mo，提高了鋼的屈服強度及中溫機械性能，特別適合生產(chǎn)厚度為60mm以上的厚鋼板，以滿足制造高壓鍋爐汽包的需要。

14MnMoV6Re8鋼是500MPa級的多元低碳貝氏體鋼，屈服極限比碳鋼高一倍，有良好的綜合機械性能。由于加入了適量的硼、稀土，所以鋼的強度更高，符合我國資源情況。

14CrMnMoVBe鋼的屈服極限很高，σs為650～700MPa。該鋼又加入強化元素，也是微量多元低合金鋼，不僅強度高，塑性、韌性也較好，焊接性能也好，并且能耐濕度較大地區(qū)的大氣腐蝕。

11.3.2汽輪機主要零部件用鋼

汽輪機主要零部件包括汽輪機葉片、汽輪機轉(zhuǎn)子和汽輪機靜子等。

1.汽輪機葉片

1)汽輪機葉片的工作條件和對材料的要求

葉片是汽輪機中將氣流的動能轉(zhuǎn)換為有用功的重要部件。按照葉片的工作條件又分為動葉和靜葉兩種。與轉(zhuǎn)子相連接并一起轉(zhuǎn)動的為動葉，與靜子相連接處于不動狀態(tài)的為靜葉(又稱導(dǎo)葉)。汽輪機葉片，尤其是動葉的工作條件是非常惡劣的，主要表現(xiàn)在：

（1）每一級葉片的工作溫度均不相同。第一級葉片所處的溫度最高，接近于進口蒸汽溫度，隨著蒸汽逐漸作功，溫度逐漸降低，達到末級葉片時將降到100℃以下。

（2）葉片在運動著的蒸汽介質(zhì)中工作，主要是過熱蒸汽，末級葉片則是在潮濕蒸汽中工作，會造成材料的高溫氧化腐蝕。

（3）汽輪機工作過程中，動葉片承受著靜應(yīng)力、動應(yīng)力和交變應(yīng)力的作用。靜應(yīng)力主要是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時作用于葉片上的離心力所引起的拉應(yīng)力。此外，汽流的壓力作用還產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和扭力。葉片受激振力的作用會產(chǎn)生強迫振動，當強迫振動的頻率與葉片自振頻率相同引起共振時，振幅加大，交變應(yīng)力急劇增加，容易產(chǎn)生疲勞而導(dǎo)致斷裂。

總之，汽輪機葉片被是在溫度、介質(zhì)和應(yīng)力等復(fù)雜工況條件下長期工作的。一臺汽輪機有幾千個葉片，只要有一個葉片被打斷就會造成事故。因此，對葉片材料提出了嚴格的要求：

①足夠的室溫和高溫機械性能；

②良好的減振性；

③高的組織穩(wěn)定性；

④良好的耐蝕性及抗沖蝕穩(wěn)定性；

⑤良好的冷、熱加工工藝性能。

2)汽輪機葉片材料

（1）鉻不銹鋼(1Cr13和2Cr13)。

1Cr13和2Cr13屬于Cr12%型馬氏體耐熱鋼，它們除了在室溫和工作溫度下具有足夠的強度外，還具有高的耐腐蝕性和減振性，是使用最廣泛的汽輪機葉片材料。1Cr13在汽輪機中用于前幾級動葉片，2Cr13多用于后幾級動葉片。1Cr13和2Cr13鋼的熱強性不高，當溫度超過500℃時，熱強性明顯下降。lCr13鋼的最高工作溫度為480℃左右，2Cr13為450℃左右。

（2）強化型鉻不銹鋼。

在1Cr13和2Cr13基礎(chǔ)上加入錫、鎢、釩、鑰、硼等強化元素，得到Cr11MoV、Cr12WMoV、Cr12WMoNbVB、2Cr12WMoNbVB和1Cr11Ni2W2MoV等強化型鉻不銹鋼，它們的熱強性比1Cr13和2Cr13高，可在560～600℃下長期工作。

（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Cr17Ni13W、Cr14Ni18W2NbBCe、Cr15Ni35W3Ti3A1B等。

2.汽輪機轉(zhuǎn)子

1)轉(zhuǎn)子的工作條件和對材料的要求

汽輪機轉(zhuǎn)子(主軸和葉輪組合部件)是汽輪機的心臟，其工作條件十分惡劣。高壓蒸汽噴射到工作葉片后，轉(zhuǎn)動力矩由葉輪傳到主軸。主軸不但承受扭矩和由自重引起的彎矩作用，而且因為主軸較長，蒸汽溫度自第一級至最末級葉輪是逐漸降低的，在軸的末端，溫度低于100℃，由于這樣不均勻的溫度分布，主軸還要承受溫度梯度造成的熱應(yīng)力。總之，主軸承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和熱應(yīng)力以及振動產(chǎn)生的附加應(yīng)力和發(fā)電機短路時產(chǎn)生的巨大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和沖擊載荷的共同作用。

葉輪是裝配在主軸上的，在高速旋轉(zhuǎn)時，圓周線速度很大，在離心力作用下產(chǎn)生巨大的切向和徑向應(yīng)力，其中輪轂部分受力最大。對于大功率汽輪機的葉輪，在長葉片的離心力作用下，輪轂部分的應(yīng)力可高達300MPa；葉輪的輪轂和輪緣之間存在溫度差(例如啟動時輪緣升溫快)，因而造成熱應(yīng)力；此外，葉輪還要受到振動應(yīng)力和輪緣與軸之間的壓縮應(yīng)力。為了防止疲勞損壞，由葉輪重量不平衡所產(chǎn)生的離心力不應(yīng)超過轉(zhuǎn)子重量的4%～5%，而動平衡的振幅以不超過0.01～0.25mm為宜。

高參數(shù)大功率機組的轉(zhuǎn)子因在高溫蒸汽區(qū)工作，還要考慮到材料的蠕變、腐蝕、熱疲勞、持久強度、斷裂韌性等問題。

針對上述情況，對制造轉(zhuǎn)子的材料提出如下要求：

（1）良好的綜合機械性能，強度高，塑性、韌性要好。沿軸向和徑向的機械性能應(yīng)均勻一致。材料的缺口敏感性要小。

（2）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蝕的能力。對于在高溫下運行的葉輪和主軸，還要求高的蠕變極限和持久強度，以及足夠的組織穩(wěn)定性。

（3）不允許存在白點、內(nèi)裂、縮孔、大塊非金屬夾雜物或密集性細小夾雜物等缺陷。

（4）有良好的淬透性、可焊性等工藝性能，以免在制造過程中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和其他缺陷。

2)轉(zhuǎn)子用鋼

葉輪、主軸和轉(zhuǎn)子的材料是按不同的強度級別選用的，但它們都屬于中碳鋼和中碳合金鋼，只有制作焊接轉(zhuǎn)子時，為了保證材料的可焊性才適當降低含碳量(例如選用17CrMo1V鋼)。在鋼中加入一定量的合金元素鉻、鎳、鉬、錳等，可提高鋼的淬透性，增加鋼的強度。其中鉬還可以減小鋼的回火脆性，鉻、鉬、鎢、釩等可提高鋼的熱強性。

34CrMo鋼采用正火(或淬火)加高溫回火處理，用作工作溫度480℃以下的汽輪機葉輪和主軸，它有較好的工藝性能和較高的熱強性，而且長時期使用組織比較穩(wěn)定，無熱脆傾向，但工作溫度超過480℃時熱強性明顯降低。

35CrMoV鋼由于加入了釩，使鋼的室溫和高溫強度均超過34CrMo鋼，可用來制造要求較高強皮的鍛件，如用于工作溫度500～520℃以下的葉輪和2.5×104kW和5×104kW中壓汽輪機葉輪。

27Cr2MoV鋼含有較多的鉻、鉬，有較好的制造工藝性能和熱強性，可用來制造工作溫度在540℃以下的大型汽輪機轉(zhuǎn)子和葉輪。該鋼在500～550℃長期工作仍具有良好的塑性，如在550℃，16000h，δ＝8.3%～8.8%，組織穩(wěn)定性較好。若用作整鍛轉(zhuǎn)子和葉輪，需經(jīng)兩次正火及去應(yīng)力退火處理，其加熱溫度分別為970～990℃空冷、930～950℃空冷、680～700℃爐冷。

34CrNi3Mo鋼是大截面高強度鋼，具有良好的綜合機械性能和工藝性能，無回火脆性，在450℃以下具有高的蠕變極限和持久強度，但該鋼白點敏感性大，需進行防白點退火處理，可用于制造工作溫度400℃以下的發(fā)電機轉(zhuǎn)子和汽輪機整鍛轉(zhuǎn)子及葉輪。

33Cr3MoWV鋼是我國研制的無鎳大鍛件用鋼，主要用來代替34CrNi3Mo鋼。可用來制造工作溫度為450℃、厚度＜450mm、σs＝736MPa級的汽輪機葉輪，目前已在5×104kW以下的汽輪機中應(yīng)用，運行情況良好。該鋼的優(yōu)點是淬透性高(輪轂厚度為450mm時，能保證葉輪各部分的機械性能均勻)，沒有回火脆性，白點敏感性和缺口敏感性都比34CrNi3Mo鋼小。

18CrMnMoB鋼是我國研制成功的一種無鎳少鉻大鍛件用鋼，淬透性良好，能保證500～800mm截面上強度均勻一致，高溫性能與34CrNi3Mo鋼相似，并具有高的疲勞強度和良好的工藝性能，現(xiàn)用于制造工作溫度450℃以下、輪轂厚度大于300mm的葉輪和直徑大于500mm的主軸、轉(zhuǎn)子等?？勺鳛?4CrNi3Mo的代用鋼。

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℃的汽輪機和燃氣輪機整鍛轉(zhuǎn)子和葉輪等大鍛件。

3.汽輪機靜子

1)靜子的工作條件和對材料的要求

汽輪機靜子部件(汽缸、隔板、蒸汽室等)是在高溫、高壓或一定的溫差、壓力差作用下長期工作的。汽缸是汽輪機的重要部件，通常分為上、下兩部分。汽缸工作時受到氣流的壓力，這種壓力在汽缸的前部最大，沿軸線向后逐漸降低，因此在汽缸壁上所受的力是變化的。同時，汽缸內(nèi)溫度場分布也比較復(fù)雜，例如汽缸前后存在著溫度梯度，在大功率高參數(shù)凝汽式汽輪機的中壓缸中，從蒸汽入口到出口的溫度差超過500℃，低壓缸則在真空條件下工作，承受外部空氣的壓力。

基于上述工作條件的分析，靜子部件在機組運行時將承受蒸汽的內(nèi)壓力(汽缸末級承受外壓力)、轉(zhuǎn)子重量所引起的靜應(yīng)力、由于溫差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及由于變化的熱應(yīng)力所引起的熱疲勞作用。因此，對靜子材料提出以下要求：

（1）足夠高的室溫機械性能和較好的熱強性；

（2）具有一定的抗氧化性和抗腐蝕性能，良好的抗熱疲勞性能和組織穩(wěn)定性；

（3）具有盡可能好的鑄造性能和良好的焊接性能。

2)靜子零部件用鋼

由于汽缸、隔板、噴嘴室、閥殼等所處的溫度和應(yīng)力水平不同，因而，按其對材料性能的不同要求可選用灰口鑄鐵、高強度耐熱鑄鐵、碳鋼或低合金耐熱鋼?；铱阼T鐵多用于制造低中參數(shù)汽輪機的低壓缸和隔板。

對于工作溫度在425℃以下的某些汽輪機的汽缸、隔板、閥門等零件，可以用ZG25鋼制造，然后在900℃退火或900℃正火加650℃回火6～8h。鑄件在粗加工或補焊后應(yīng)在650～680℃退火6～8h。

對于工作溫度在500℃以下的汽缸、隔板、主蒸汽閥門等可采用ZG20CrMo鋼制造，鑄件在900℃正火，650～680℃回火，粗加工或補焊后要在650～680℃退火4～8h。

對于工作溫度在540℃以下的部件，一般采用ZG20Cr9MoV鋼制造，對于565℃以下工作的部件一般采用ZG15Cr1Mo1V鋼制造。例如我國的12.5×104kW高壓中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，其低壓缸采用鉻鉬合金鑄鐵，中壓排汽缸采用ZG25鋼，高、中壓外缸采用ZG20CrMo1V鋼，高中壓內(nèi)缸則采用ZG15CrMo1V鋼。

11.4汽車用材

11.4.1汽車用金屬材料

汽車主要結(jié)構(gòu)可分為以下四部分：

(1)發(fā)動機。提供動力，由缸體、缸蓋、活塞、連桿、曲軸及配氣、燃料供給、潤滑、冷卻等系統(tǒng)組成。

(2)底盤。包括傳動系(離合器、變速箱、后橋等)、行駛系(車架、車輪等)、轉(zhuǎn)向系(方向盤、轉(zhuǎn)向蝸桿等)和制動系(油泵或氣泵、剎車片等)。

(3)車身。駕駛室、貨廂等。

(4)電氣設(shè)備。電源、啟動、點火、照明、信號、控制等。

圖11－2汽車發(fā)動機和傳動系示意圖

表11－4汽車發(fā)動機零件用材概況

表11－5汽車底盤零件用材概況

1.缸體和缸蓋

缸體是發(fā)動機的骨架和外殼，在缸體內(nèi)外安裝著發(fā)動機主要的零部件。缸體在工作中承受氣壓力的拉伸和氣壓力與慣性力聯(lián)合作用下的傾覆力矩的扭轉(zhuǎn)和彎曲以及螺栓預(yù)緊力的綜合作用。在這些大小、方向變化的力和力矩作用下，使機體產(chǎn)生橫向和縱向的變形，變形超過許用值時將影響與機座相聯(lián)零部件的可靠性和工作能力，尤其是活塞、連杠和曲軸等零件的工作可靠性和耐磨性會受到嚴重影響，并導(dǎo)致發(fā)動機不能正常運轉(zhuǎn)。因此缸體材料必須滿足下列要求：

(1)有足夠的強度和剛度。特別是要有足夠的剛度，以減小變形，保證尺寸的穩(wěn)定性。

(2)良好的鑄造性和切削性。

(3)價格低廉。

缸體常用的材料有灰口鑄鐵和鋁合金兩種。鋁合金的密度小，但剛度差、強度低及價格貴。所以除了某些發(fā)動機為減輕重量而采用外，一般均用灰口鑄鐵作為缸體材料。

灰口鑄鐵在汽車上應(yīng)用較為廣泛，還可用以制造飛輪、飛輪殼、變速箱殼及蓋、離合器殼及壓板、進排氣支管、制動鼓以及液壓制動總泵和分泵的缸體等。

缸蓋主要用來封閉氣缸構(gòu)成的燃燒室。缸蓋承受燃氣的高溫、高壓作用，機械負荷(如氣壓力使缸蓋承受彎曲，缸蓋螺栓的預(yù)緊力等)和熱負荷的作用。由于溫度高、形狀復(fù)雜、受熱不均勻使缸蓋上的熱應(yīng)力很大，嚴重時可造成缸蓋變形甚至出現(xiàn)裂紋。

根據(jù)上述工作條件，缸蓋應(yīng)用導(dǎo)熱性好、高溫機械強度高、能承受反復(fù)熱應(yīng)力、鑄造性能良好的材料來制造。目前使用的缸蓋材料有兩種：一種是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。

鑄鐵缸蓋具有高溫強度高、鑄造性能好、價格低等優(yōu)點，但其導(dǎo)熱性差、重量大。鋁合金缸蓋的主要優(yōu)點是導(dǎo)熱性好、重量輕，但其高溫強度低，使用中容易變形、成本較高。

2.缸套

發(fā)動機的工作循環(huán)是在氣缸內(nèi)完成的。氣缸內(nèi)與活塞接觸的內(nèi)壁面，由于直接承受燃氣的沖刷，并與活塞存在著具有一定壓力的高速相對運動，使氣缸內(nèi)壁受到強烈的摩擦，從而造成磨損。氣缸內(nèi)壁的過量磨損是造成發(fā)動機大修的主要原因之一，根據(jù)氣缸內(nèi)壁工作條件的這一特殊性應(yīng)選用相應(yīng)的材料，即缸體用普通鑄鐵或鋁合金，而氣缸工作面則用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)霘飧住?/p>

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、噴鍍金屬鉬或其他耐磨合金等辦法對缸套進行表面處理。

3.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，與氣缸、氣缸蓋配合形成一個容積變化的密閉空間，以完成內(nèi)燃機的工作過程；同時，它還承受燃氣作用力并通過連桿把力傳給曲軸輸出。

活塞組在工作中受周期性變化的高溫、高壓燃氣(溫度最高可達2000℃，壓力最高可達13～15MPa)作用，并在氣缸內(nèi)作高速往復(fù)運動(平均速度一般為9～13m/s)，產(chǎn)生很大的慣性載荷。活塞在傳力給連桿時，還承受著交變的側(cè)壓力，工作條件十分苛刻?；钊M最常見的失效方式有磨損、變形和斷裂。

對活塞用材料的要求是熱強度高、導(dǎo)熱性好、吸熱性差、膨脹系數(shù)小、密度小，減摩性、耐磨性、耐蝕性和工藝性好等。目前很難找到一種材料能完全滿足上述要求。常用的活塞材料是鋁硅合金。鋁合金的特點是導(dǎo)熱性好、密度小，硅的作用是使膨脹系數(shù)減小，耐磨性、耐蝕性、硬度、剛度和強度提高。鋁硅合金活塞需進行固溶處理及人工時效處理，以提高表面硬度。

由上述活塞組的工作條件可知，經(jīng)活塞銷傳遞的力高達數(shù)萬牛頓，且承受的載荷是交變的。這就要求活塞銷材料應(yīng)有足夠的剛度和強度以及足夠的承壓面積和耐磨性，還要求外硬內(nèi)韌，表面耐磨，同時具有較高的疲勞強度和沖擊韌性。

活塞銷材料一般用20低碳鋼或20Cr、18CrMnTi等低碳合金鋼?；钊N外表面應(yīng)進行滲碳或氰化處理，以滿足外表面硬而耐磨，材料內(nèi)部韌而耐沖擊的要求。活塞銷的冷擠壓成型也是提高其強度的有效手段，約可提高25%的強度，且省工、省料。

活塞環(huán)材料應(yīng)具有耐磨性好、易磨合、韌性好(變形時不易折斷)以及良好的耐熱性、導(dǎo)熱性和易加工性等性能特點。目前一般多用以珠光體為基的灰鑄鐵或在灰鑄鐵基礎(chǔ)上添加一定量的銅、鉻、鉬及鎢等合金元素的合金鑄鐵，也有的采用球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵。為了改善活塞環(huán)的工作性能，活塞環(huán)需經(jīng)表面處理。目前應(yīng)用最廣泛的是鍍多孔性鉻，可使環(huán)的耐久性提高2～3倍。其他表面處理的方法還有噴鉬、磷化、氧化、涂敷合成樹脂等。

4.連桿

連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。

連桿在工作中除承受燃燒室燃氣產(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量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域(圖11－3)。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的剛性和韌性。

圖11－3連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)域連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。合金鋼雖具有很高強度，但對應(yīng)力集中很敏感。所以，在連桿外形、過渡圓角等方面需嚴格要求，還應(yīng)注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應(yīng)用并不能達到預(yù)期效果。

5.氣門

氣門的主要作用是開或閉進、排氣道。對氣門的主要要求是保證燃燒室的氣密性。

氣門在工作時，需要承受較高的機械負荷和熱負荷，尤其是排氣門工作溫度高達650～850℃。另外，氣門頭部還承受氣壓力及落座時因慣性力而產(chǎn)生的相當大的沖擊。氣門經(jīng)常出現(xiàn)的故障有：氣門座扭曲、氣門頭部變形、氣門座面積炭時引起燃燒廢氣對氣門座面強烈地?zé)g。

氣門材料應(yīng)選用耐熱、耐蝕、耐磨的材料。進、排氣門工作條件不同，材料的選擇也不同。進氣門一般可用40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V等合金鋼制造；而排氣門則要求用高鉻耐熱鋼制造，采用4Cr10Si2Mo作為氣門材料時工作溫度可達550～650℃，采用4Cr14Ni14W2Mo作為氣門材料時，工作溫度可達650～900℃。

6.半軸

汽車半軸是驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的直接驅(qū)動零件，也是汽車后橋中的重要受力部件。汽車運行時，發(fā)動機輸出的扭矩經(jīng)過變速器、差速器和減速器傳遞給半軸，再由半軸傳給車輪，推動汽車行駛。

半軸在工作時主要承受扭轉(zhuǎn)力矩和交變彎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)象也不時發(fā)生。載重汽車半軸最容易損壞的部位是在軸的桿部和凸線的連接處、花鍵端以及花鍵與桿部相連的部位(圖11－4)。在這些部位發(fā)生損壞時，一般為疲勞斷裂。

圖11－4半軸易損壞部位示意圖

根據(jù)半軸的工作條件，要求半軸材料具有高的抗彎強度、疲勞強度和較好的韌性。汽車半軸是要求綜合機械性能較高的零件，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40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。半軸加工中常采用噴丸處理及滾壓凸輪根部圓角等強化方法。

7.車身、縱梁、擋板等冷沖壓零件

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%。汽車冷沖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。

熱軋鋼板主要用來制造一些承受一定載荷的結(jié)構(gòu)件，如保險杠、剎車盤、縱梁等。這些零件不僅要求鋼板具有一定剛度、強度，而且還要具有良好的沖壓成型性能。

冷軋鋼板主要用來制造一些形狀復(fù)雜，受力不大的機器外殼、駕駛室、轎車的車身等覆蓋零件。這些零件對鋼板的強度要求不高，但卻要求它具有優(yōu)良的表面質(zhì)量和良好的沖壓性能，以保證高的成品合格率。

近年開發(fā)的加工性能良好、強度(屈服強度和抗拉強度)高的薄鋼板——高強度板，由于其可降低汽車自重、提高燃油經(jīng)濟性而在汽車上獲得應(yīng)用，如已用于制造車身外面板(包括車頂、前臉、后圍、發(fā)動機罩、車門、行李廂等)、車身內(nèi)蒙板、保險杠、橫梁、邊梁、支架、發(fā)動機框架等。

8.螺栓、鉚釘?shù)壤溏吜慵?/p>

汽車結(jié)構(gòu)中的螺栓和鉚釘?shù)壤溏吜悴考饕疬B接、緊固、定位以及密封汽車各零部件的作用。

在汽車行駛過程中，由于螺栓連接的零部件不同，而這些零部件所受的載荷各不相同，故不同螺栓的應(yīng)力狀態(tài)也不相同。有的承受彎曲或剪切應(yīng)力；有的承受反復(fù)交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力；也有的承受沖擊載荷；或同時承受上述幾種載荷。此外，由于螺栓的結(jié)構(gòu)及其所傳遞的載荷的特性，螺栓具有很高的應(yīng)力集中。因此，應(yīng)根據(jù)螺栓的受力狀態(tài)合理地選用。汽車螺栓、鉚釘用材及熱處理工藝見表11－6。

表11－6螺栓、鉚釘熱處理工藝及其技術(shù)要求

11.4.2汽車用塑料

1.汽車內(nèi)飾用塑料

用于汽車內(nèi)飾件的材料，要求其具備吸振性好、手感好、耐用性好的特點，以滿足安全、舒適、美觀的目的。在20世紀80年代,塑料已是汽車的主要內(nèi)飾材料。內(nèi)飾用主要塑料品種為聚氨脂(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)和ABS等。內(nèi)飾塑料制品主要有：坐墊、儀表板、扶手、頭枕、門內(nèi)襯板、頂棚襯里、地毯、控制箱、轉(zhuǎn)向盤等。

1)聚氨酯泡沫塑料

聚氨配泡沫塑料具有質(zhì)輕、強度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐油、耐寒、防振和隔音等特點，已成為汽車的一種主要內(nèi)飾材料。聚氨酯泡沫塑料在汽車上一般用于制造汽車坐墊、汽車儀表板、扶手、頭枕等。其緩沖材料大部分都使用半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制品。

2)聚氨酯塑料

聚氨酯除了用作泡沫塑料外，還可以采用不同配方制成熱塑性聚氨酯塑料。主要用于制造汽車保險杠、儀表板、擋泥板、前端部、發(fā)動機罩等大型部件。

3)聚氯乙烯

聚氯乙烯在汽車上的用量約占汽車用塑料總量的20%～30%，主要用于制造各種表皮材料和電線包皮。如聚氯乙烯人造革用于汽車坐墊、車門內(nèi)板及其他裝飾覆蓋件上，聚氯乙烯地毯用于貨車駕駛室等。

2.汽車用工程塑料

工程塑料在汽車上主要用作結(jié)構(gòu)件，要求塑料具有足夠的溫度——強度特性和溫度－蠕變特性以及尺寸穩(wěn)定性。工程塑料是能夠滿足這些技術(shù)要求的。汽車上常用的工程塑料有聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛樹脂等。

1)聚丙烯

一輛汽車的聚丙烯零件可達70多種，主要用于通風(fēng)采暖系，發(fā)動機的某些配件以及外裝件，如汽車轉(zhuǎn)向盤、儀表板、前、后保險杠、加速踏板、蓄電池殼、空氣濾清器、冷卻風(fēng)扇、風(fēng)扇護罩、散熱器格柵、轉(zhuǎn)向機套管、分電器蓋、燈殼、電線覆皮等。

2)聚乙烯

在汽車上，聚乙烯可用于制造汽油箱、擋泥板、轉(zhuǎn)向盤、各種液體儲罐以及襯板。聚乙烯在汽車上最重要的用途是用于制造汽油箱，較金屬油箱，它具有以下優(yōu)點：聚乙烯油箱長期穩(wěn)定性良好；沖撞時不發(fā)生火花，因此不會發(fā)生燃燒爆炸；設(shè)計自由度大，可充分利用空間；質(zhì)量輕，較金屬油箱可減輕質(zhì)量1/3～1/2；耐腐蝕性好；成型工藝簡單，價廉。

3)聚苯乙烯

聚苯乙烯在汽車上主要用作各種儀表外殼、燈罩及電器零件。

4)ABS

根據(jù)使用性能的要求，通過改變ABS中三個單體組份的變化，以及引入第四組分等方式，可獲得許多新品種，如一般用品種、電鍍用品種、耐熱品種、透明品種等?？梢哉f，在熱塑性塑料中ABS的品種牌號最多。

ABS具有良好的機械性能，剛性好，耐寒性強，加工性能好，表面光潔，制品表面可以電鍍。

ABS材料在汽車上的應(yīng)用情況見表11－7。

表11－7

ABS材料類型及其在汽車上應(yīng)用實例

5)聚酰胺(尼龍)

尼龍可用于制造燃油濾清器、空氣濾清器、機油濾清器、正時齒輪、水泵殼、水泵葉輪、風(fēng)扇、制動液避、動力轉(zhuǎn)向液避、雨刷器齒輪、前大燈殼、百葉窗、軸承保持架、保險絲盒、速度表齒輪等。以后發(fā)展的還有玻璃纖維增強尼龍制造的發(fā)動機搖臂罩、發(fā)動機機油盤、散熱器水箱、蓄電池托架等。尼龍11和尼龍12可制造曲軸箱通風(fēng)軟管、制動軟管、冷卻液軟管、離合器液壓軟管、燃油軟管等。

6)聚甲醛(POM)

用POM制造的汽車零件很多。主要有各種閥門，如排水閥門、空調(diào)器閥門；各種葉輪，如水泵葉輪、暖風(fēng)器葉輪、油泵葉輪；軸套及襯套如行星齒輪和半軸墊片、鋼板彈簧吊耳襯套；軸承保持架等機能結(jié)構(gòu)件；各種電器開關(guān)及電器儀表上的小齒輪;各種手柄及門銷等。在20世紀60年代發(fā)展起來的聚甲醛－塑料鋼背復(fù)合材料軸承GS－2（相當于國外DX軸承)，作為預(yù)潤滑材料，在汽車上用作滑動軸承材料。

7)飽和聚酯

汽車上常用的飽和聚酯有PBT(對苯二甲酸丁二醇酯)和PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)。PBT與PET耐熱性較好，吸水率很小、耐老化性優(yōu)良。用玻璃纖維增強的PBT與PET可與尼龍、POM、酚醛塑料相競爭。

用PBT制造的汽車零件主要有：后窗通風(fēng)格柵、車尾板通風(fēng)格柵、前擋泥板延伸部分、燈座、車牌支架等車身部件，分電器蓋、點火線圈架、開關(guān)、插座等電器零件，冷卻風(fēng)扇、雨刷器桿、油泵葉輪和殼體、鏡架、各種手柄等機能結(jié)構(gòu)件。

3.汽車外裝及結(jié)構(gòu)件用纖維增強塑料復(fù)合材料

纖維增強塑料復(fù)合材料統(tǒng)稱為FRP，是一種纖維和塑料復(fù)合而成的材料。增強用的纖維為玻璃纖維、碳纖維和高強度合成纖維。母體樹脂根據(jù)使用要求，可用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯等。汽車上常用的是玻璃纖維和熱固性樹脂的復(fù)合材料。

FRP作為汽車用材料具有材質(zhì)輕、設(shè)計靈活、便于一體成型、耐腐蝕、耐化學(xué)藥品、耐沖擊、著色方便等優(yōu)點，但這種材料用于大批量汽車生產(chǎn)時，與金屬材料比較還存在著生產(chǎn)效率低、可靠性差、耐熱性差、表面加工性差、材料回收困難等方面的問題。

FRP材料可用于制造汽車頂棚、空氣導(dǎo)流板、前端部、前燈殼、發(fā)動機罩、擋泥板、后端板、三角窗框、尾板等外裝件。用碳纖維增強塑料復(fù)合材料制成的汽車零件，還有傳動軸、懸掛彈簧、保險杠、車輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動鼓、車門、座椅骨架、發(fā)動機罩、格柵、車架等。

11.4.3汽車用橡膠

橡膠具有很好的彈性，是汽車用的一種重要材料。一輛轎車的橡膠件約占轎車整備質(zhì)量的4%～5%。輪胎是汽車的主要橡膠件，此外還有各種橡膠軟管、密封件、減震墊等約300件。

輪胎的主要材料有生膠(包括天然橡膠、合成橡膠、再生膠)、骨架材料即纖維材料(包括棉纖維、人造絲、尼龍、聚醋、玻璃纖維、鋼絲等)以及炭黑等。

生膠是輪胎最重要的原材料，輪胎用的生膠約占輪胎全部原材料質(zhì)量的50%。目前，轎車輪胎以合成橡膠為主，而載重輪胎以天然橡膠為主。

天然橡膠在許多性能方面優(yōu)于通用型合成橡膠，其主要特點是強度高、彈性高，生熱和滯后損失小，耐撕裂，以及有良好的工藝性、內(nèi)聚性和粘著性。用它制成的輪胎耐刺扎，特別對使用條件苛刻的輪胎，其胎面上層膠大多完全采用天然橡膠。

丁苯橡膠主要用于轎車輪胎，以提高輪胎的抗?jié)窕?，保證行車安全。

順丁橡膠一般都與天然橡膠或丁苯橡膠并用。隨著順丁橡膠摻用量的增加，耐磨性提高，生熱降低，但抗撕裂和抗?jié)窕詤s隨之降低，為了保證行車安全，它的摻用量不宜太高。丁基橡膠是一種特種合成橡膠。具有優(yōu)良的氣密性和耐老化性。用它制造的內(nèi)胎，氣密性比天然橡膠內(nèi)胎好。由于氣密性好，使用中不必經(jīng)常充氣，輪胎使用壽命相應(yīng)提高。它又是無內(nèi)胎輪胎密封層的最好材料。

11.4.4汽車用陶瓷材料

陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕以及在電導(dǎo)與介電方面的特殊性能。利用陶瓷材料制作某些汽車部件，可改善汽車部件的運行特性，達到汽車輕量化的效果，因而得到一定程度的應(yīng)用。這里主要介紹陶瓷材料在汽車發(fā)動機零部件上應(yīng)用的情況。

表11－8示出日本、美國絕熱發(fā)動機上采用工程陶瓷的情況。日野汽車公司在重型載貨汽車用柴油機(排量1.5L)的基礎(chǔ)上開發(fā)了陶瓷復(fù)合發(fā)動機系統(tǒng)。該發(fā)動機氣缸套、活塞等燃燒室件中有40%左右是陶瓷件。同時裝用了排氣再利用系統(tǒng)，使功率提高10%，燃料消耗率降低30%。

表11－8日本、美國絕熱發(fā)動機上采用的工程陶瓷

日本五十鈴發(fā)動機廠研制的陶瓷發(fā)動機，采用Si3N4制造氣閥頭、活塞頂、氣缸套、歧管、蝸輪增壓器葉片、轉(zhuǎn)子、軸承等，能經(jīng)受1200℃的高溫，因取消了散熱器和冷卻裝置，其熱效率提高48%。

美國通用汽車公司在其所制成的2.3L柴油機上，采用陶瓷缸套、氣門頭、燃燒室、排氣門通道、汽缸蓋、活塞頂以及用陶瓷涂鍍的氣門搖臂、氣門挺桿、氣門導(dǎo)管和滑動軸承，并已裝在轎車上作了20290km路試；用Si3N4陶瓷制造的蝸輪葉輪(如圖11－5所示)，其熱膨脹系數(shù)是金屬的1/3，利用這一特點，采用熱壓和釬焊相結(jié)合的方法把陶瓷葉輪和金屬軸連接起來，使陶瓷葉輪的慣性力矩比金屬葉輪減少了1/3，使蝸輪增壓器的動態(tài)響應(yīng)性提高36%。

圖11－5陶瓷蝸輪葉輪

此外，為了有效地利用陶瓷的耐磨性，開發(fā)了陶瓷凸輪軸和陶瓷搖臂鑲塊。陶瓷凸輪軸的滑動部位采用ZrO或SiC，其他部位用金屬管制成。陶瓷部位與金屬部位的結(jié)合采用硬釬焊和擴散法。凸輪接觸面部位融接陶瓷片的鋁搖臂，大大提高了搖臂壽命。

陶瓷片是用微米級的Si3N4粉末在1500℃的高溫下燒結(jié)而成的。長20mm，寬20mm，厚5mm的帶筋陶瓷片，其筋條插進搖臂中。其澆注工藝是把陶瓷片放在搖臂鑄型中，然后澆入600℃鋁溶液，利用鋁的冷縮性固緊鑲片(圖11－6)。

圖11－6陶瓷搖臂鑲塊

11.5航空航天器用材

11.5.1中碳調(diào)質(zhì)鋼

中碳調(diào)質(zhì)鋼是重要的航空航天材料。其特點是高的比強度和高硬度。當要求σ0.2高達880～1176MPa以上時，必須將碳的質(zhì)量分數(shù)提高到0.25%～0.45%，所以淬透性很大，焊接性較差。這類鋼的純度對焊接性影響很大，當鋼材熱處理到很高強度水平時(如作為火箭發(fā)動機外殼，強度約1380MPa)，鋼材與焊絲都必須采用真空熔煉，以提高純度。中碳調(diào)質(zhì)鋼中可以作為航空航天材料的有如下三個系列鋼種。

1.Cr－Mn－Si鋼

30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA鋼都屬于Cr－Mn－Si鋼系列。30CrMnSiA是Cr－Mn－Si鋼中最典型的鋼種，調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的組織是回火索氏體，在300～450℃內(nèi)出現(xiàn)第一類回火脆性，回火時必須避開該溫度范圍，還具有第二類回火脆性，高溫回火時必須快冷，否則沖擊韌度會顯著下降。該鋼除了在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下應(yīng)用外，為了提高鋼的強度，減輕結(jié)構(gòu)重量，有時需采用200～250℃的低溫回火，在損失一定韌性的情況下得到具有很高強度的低溫回火馬氏體組織(σb為1666～1715MPa)。當截面小于25mm時可采用等溫淬火來處理，以便得到下貝氏體，此時材料的強度與塑性、韌性得到了良好的配合。該鋼由于不含貴重的鎳，故在我國飛機制造中應(yīng)用廣泛。30CrMnSiNi2A由于增加了鎳，大大提高了鋼的淬透性，因此與30CrMnSiA相比，調(diào)質(zhì)后鋼的強度有了較大的提高，并保持了良好的韌性，但其焊接性變差。40CrMnSiMoVA是屬于一種較新的低Cr無Ni中碳調(diào)質(zhì)高強鋼，其中加入了淬透性強的Mo，與30CrMnSiNi2A相比，因含碳量高且不合鎳，焊接性要差一些，可用來代替30CrMnSiNi2A制造飛機上的一些構(gòu)件。

2.Cr－Ni－Co鋼

40CrNiMoA、D6AC(0.45C－5Cr－0.55Ni－1.0Mo－0.075V)及34CrNi3MoA都屬于Cr－Ni－Mo系統(tǒng)的調(diào)質(zhì)鋼，由于加入了Ni和Mo，顯著提高了淬透性和抗回火軟化的能力，對改善鋼的韌性也有益處，使鋼具有良好的綜合性能，如強度高、韌性好、淬透性大等優(yōu)點。主要用于高負荷、大截面的軸類以及承受沖擊載荷的構(gòu)件，如噴氣渦輪機軸、噴氣式客機的起落架及火箭發(fā)動機外殼等。

3.超高強度鋼

H－11(0.35C－5Cr－1.5Mo－1.0Si－0.4V)經(jīng)980～1040℃空淬、540℃回火后，由于特殊碳化物的彌散析出，其強度可達1960MPa，并且具有較高的耐熱性。為了保證鋼材的韌性，按國家標準規(guī)定，該鋼的S、P質(zhì)量分數(shù)均不大于0.01%，且應(yīng)采取嚴格的真空冶煉和熱處理制度。該鋼可用作超音速噴氣機機體材料。

11.5.2高合金耐熱鋼

高合金耐熱鋼可分為馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、彌散硬化型四種類型，按合金系統(tǒng)，可分為Ni－Cr型和Ni型。為提高鋼的抗氧化性、熱強性和改善其工藝性，還可在這兩種基本合金系統(tǒng)中加入Ti、Nb、A1、W、Mo等元素。高合金耐熱鋼最主要的特性是600℃溫度以上具有較高的力學(xué)性能和抗氧化性。典型鋼種有1Cr13(馬氏體型)、2Cr25N(鐵素體型)、0Cr25Ni20(奧氏體型)、0Cr12Ni20Ti3A1B(彌散硬化型)等，用于制造蝸輪泵及火箭發(fā)動機、航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子和其他零件。

11.5.3高溫合金

高溫合金是指高溫下有較高力學(xué)性能，抗氧化和抗腐蝕性能的合金。這類合金按基體成分可以分為鎳基、鐵基、鈷基(我國應(yīng)用較少)。在航空航天工業(yè)中常用的鎳基高溫合金為TD－Ni、TD－NiCr和鑄造鎳基合金。TD－Ni、TD－NiCr是在鎳或鎳－20%鉻基體中加入2%左右的彌散分布的氧化釷(ThO2)顆粒，產(chǎn)生彌散強化效果的高溫合金。由于氧化釷在高溫下不易聚集長大，不溶于基體，同時合金的熔點高，晶粒極細小，故在1000～200℃下仍有較高的強度，抗疲勞性能高，缺口敏感性小，室溫塑性較好，可軋成棒和板材。但其抗氧化性和耐腐蝕性低，須涂層保護，中溫強度低，不能熔化焊。主要用于制造燃氣蝸輪發(fā)動機的燃燒室等高溫工作構(gòu)件和航天飛機的隔熱材料。

鑄造鎳基合金是在鎳的基體加入Cr、Co、W、Mo、Ti等合金元素的鑄造合金，如

K403(Ni－11Cr－5.25Co－4.65W－4.3Mo－5.6Al)。它主要用于制造蝸輪工作葉片和導(dǎo)向器葉片。鐵基高溫合金是含鐵質(zhì)量分數(shù)50%，含鎳質(zhì)量分數(shù)大于20%，含鉻質(zhì)量分數(shù)大于12%，再添加W、Mo、Al、Ti、Nb等合金元素的高溫合金，如GH2018(Fe－42Ni－19.5Cr－2.0W－4.0Mo－0.55Al－2.0Ti)[JP]在中溫下具有較高的熱強性，良好的抗氧化和抗腐蝕性，在固溶和退火狀態(tài)下工藝塑性和焊接性良好，主要用于制造在500～700℃下承受較大應(yīng)力的構(gòu)件，如機匣、燃燒室外套等。

11.5.4鎳基耐蝕合金

鎳與鎳基耐蝕合金是航空航天工業(yè)中耐高溫、高壓、高濃度或混有不純物等各種苛刻腐蝕環(huán)境的比較理想的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎳200和鎳201均為商業(yè)純的鍛造鎳，力學(xué)性能良好，尤其韌、塑性優(yōu)良，能適應(yīng)多種腐蝕環(huán)境，鎳201含碳量低，高于300℃時耐蝕性比鎳200好，二者皆可用來制造航天器及導(dǎo)彈元件。在Ni中加入Cr、Mo、Cu、W等耐蝕元素，可獲得大量耐蝕性優(yōu)異的鎳基耐蝕合金。其中多種合金已經(jīng)用于航空航天工業(yè)，如MonelK－500(Ni－29.5Cu)，強度與硬度較高，Inconel718(Ni－19Cr－18.5Fe－5.1Nb－3Mo－0.9Ti)，在-250～705℃內(nèi)均具有優(yōu)良的力學(xué)性能。兩者都是沉淀強化型合金，用于制造泵軸、蝸輪等航空發(fā)動機零部件。

11.5.5鋁及其合金

1.形變鋁合金

防銹鋁合金LF5、LF11用于焊接油箱、油管，制造鉚釘和中載零件制品。LF21用于焊接油箱、油管，制造鉚釘及輕載零件和制品。硬鋁合金LY1可制造工作溫度不超過100℃的結(jié)構(gòu)用中等強度鉚釘。LY11用于制造骨架、模鍛的固定接頭、支柱、螺旋槳葉片、局部墩粗的零件、螺栓和鉚釘?shù)戎械葟姸鹊慕Y(jié)構(gòu)零件。LY12適宜制造飛機的高強度結(jié)構(gòu)零件，如骨架、蒙皮、隔框、肋、梁、鉚釘?shù)?50℃以下工作的零件。超硬鋁合金LC4、LC6適宜制造飛機大梁、桁架、加強框、蒙皮接頭及起落架等結(jié)構(gòu)中的主要受力件。鍛鋁合金LD5，適宜制造形狀復(fù)雜、中等強度的鍛件和模鍛件。LD7適合制造高溫下工作的復(fù)雜鍛件，板材可做高溫下工作的結(jié)構(gòu)件。LD10用于制造承受重載荷的鍛件和模鍛件。

2.鑄造鋁合金

鑄造鋁硅合金ZL101，耐蝕性、機械性能和鑄造工藝性能良好，變質(zhì)和不變質(zhì)處理的鑄件均可使用，淬火后可自然時效，易氣焊?？捎糜谛螤顝?fù)雜的砂型、金屬型和壓力鑄造零件，如飛機零件、殼體、工作溫度不超過185℃的氣化器。ZL104，鑄造工藝性良好，耐蝕性尚可，強度高，焊接性和切削加工性尚可，鑄造工藝復(fù)雜，易生成氣孔，可用砂型、金屬型和壓力鑄造形狀復(fù)雜、在200℃以下工作的零件，如發(fā)動機機匣、氣缸體等。ZL109，強度高，耐磨性好，產(chǎn)生縮孔傾向較小，氣密性較高，切削加工性差，可熱處理強化。用于制造較高溫度下工作的零件，如活塞等。鑄造鋁銅合金ZL201，鑄造性不好，有形成熱裂紋和疏松的傾向，氣密性較差，耐蝕性低，焊接性和切削加工性良好，可熱處理強化，用于砂型鑄造在175～300℃下工作的零件，如活塞、支臂、掛架梁等。鑄造鋁鎂合金ZL301，強度高，耐蝕性好、切削加工性好，焊接性尚可，在熔融狀態(tài)下易氧化，鑄造性差易形成顯微疏松，氣密性低，用于砂型鑄造在大氣中工作的零件，承受大振動載荷，工作溫度不超過150℃的零件。鑄造鋁鋅合金ZL401，鑄造性良好，縮孔和熱裂紋傾向小，鑄態(tài)下可自然時效，焊接性良好，切削加工性良好，耐蝕性能低，比重較