第10章工程材料的应用-清华大学-工程材料

1、“十五”国家级规划教材工程材料第3版配套课件第第1010章章第1010章 工程材料的应用 内容提要 本章介绍工程材料在汽车、机床、仪器仪表、本章介绍工程材料在汽车、机床、仪器仪表、热能设备、化工设备和航空航天器等典型设备上热能设备、化工设备和航空航天器等典型设备上的应用情况。的应用情况。 学习目标 熟悉熟悉工程材料在汽车、机床上的应用情况，工程材料在汽车、机床上的应用情况，一般了解工程材料在仪器仪表、热能设备、化工一般了解工程材料在仪器仪表、热能设备、化工设备和航空航天器等典型设备上的应用情况。设备和航空航天器等典型设备上的应用情况。10.110.1 汽车用材汽车用材 10.1.1 10.1.

2、1 汽车用金属材料汽车用金属材料 汽车主要结构可分为四部分：汽车主要结构可分为四部分： (1) (1) 发动机发动机 提供动力，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲提供动力，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴及配气、燃料供给、润滑、冷却等系统组成轴及配气、燃料供给、润滑、冷却等系统组成 (2) (2) 底盘底盘 包括传动系包括传动系( (离合器、变速箱、后桥等离合器、变速箱、后桥等) )、行、行驶系驶系( (车架、车轮等车架、车轮等) )、转向系、转向系( (方向盘、转向蜗方向盘、转向蜗杆等杆等) )和制动系和制动系( (油泵或气泵、刹车片等油泵或气泵、刹车片等) )。 (3) (3) 车身车身 驾驶室、

3、货箱等。驾驶室、货箱等。 (4) (4) 电气设备电气设备 电源、起动、点火、照明、信电源、起动、点火、照明、信号、控制等。号、控制等。 汽车发动机和传动系示意图汽车发动机和传动系示意图 一、缸体和缸盖一、缸体和缸盖 缸体缸体材料应满足下列要求：有足够的强度材料应满足下列要求：有足够的强度和刚度；良好的铸造性和切削性；价格低廉。和刚度；良好的铸造性和切削性；价格低廉。 缸体常用的材料有缸体常用的材料有灰口铸铁灰口铸铁和和铝合金铝合金两种。两种。 缸盖缸盖应选用导热性好、高温机械强度高、应选用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料来制造。能承受反复热应力、铸造性能良好的材

4、料来制造。 目前使用的缸盖材料有：目前使用的缸盖材料有： 灰铸铁灰铸铁 合金铸铁合金铸铁 铝合金铝合金 二、缸套 气缸工作面用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。气缸工作面用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。 常用缸套材料为耐磨合金铸铁常用缸套材料为耐磨合金铸铁: : 高磷铸铁高磷铸铁 硼铸铁硼铸铁 合金铸铁合金铸铁 为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其它耐磨合金等办法对面淬火、喷镀金属钼或其它耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。缸套进行表面处理。 三、活塞、活塞销和活塞环 活塞活塞材料要求热强度高、导热性好、膨胀材料要求热强度高、导热性好、膨胀系数小

5、、密度小系数小、密度小, , 减摩性、耐磨性、耐蚀性和工减摩性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。艺性好等。 常用的活塞材料是常用的活塞材料是铝硅合金铝硅合金。 活塞环活塞环用用合金铸铁合金铸铁或或球墨铸铁球墨铸铁，经表面处，经表面处理。镀多孔性铬后使环的工作寿命提高理。镀多孔性铬后使环的工作寿命提高2 23 3倍。倍。其它方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。其它方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。 活塞销外表面应渗碳或氰化处理，以满足外活塞销外表面应渗碳或氰化处理，以满足外表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。活塞销活塞销材料一般用材料一般用2020、

6、20Cr20Cr、18CrMnTi18CrMnTi。 四、连杆连杆上的三个高应力区域连杆上的三个高应力区域 连杆连接活塞和曲轴。连杆连接活塞和曲轴。 连杆既受交变的拉、压应力，又受弯曲应力。连杆既受交变的拉、压应力，又受弯曲应力。 连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。 要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的刚性和韧性。求具有足够的刚性和韧性。 一般采用一般采用4545钢、钢、40Cr40Cr、40MnB40MnB等调质钢。等调质钢。 五、气门 气门承受较高的机械负荷和热负荷，排气气门承受较高的机械

7、负荷和热负荷，排气门工作温度高达门工作温度高达650 650 850 850 。气门头部承。气门头部承受冲击。受冲击。 气门失效：气门座扭曲、气门头部变形、气门失效：气门座扭曲、气门头部变形、气门座积碳时引起燃烧，气门座烧蚀。气门座积碳时引起燃烧，气门座烧蚀。 气门材料选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。气门材料选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。 排气门则要求用高铬耐热钢排气门则要求用高铬耐热钢（4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)4Cr10Si2Mo)制造。制造。 进气门一般可用进气门一般可用40Cr40Cr、35CrMo35CrMo、38CrSi38CrSi、42Mn2V42Mn2V等合

8、金钢制造。等合金钢制造。 六、汽车半轴 承受扭转力矩和反复变曲、一定的冲击载荷。承受扭转力矩和反复变曲、一定的冲击载荷。半轴的失效：花键齿压陷、磨损，半轴断裂。半轴的失效：花键齿压陷、磨损，半轴断裂。 要求半轴材料具有要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。度和较好的韧性。 半轴易损坏部位半轴易损坏部位 汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，通常选用调质钢制造。通常选用调质钢制造。 中、小型汽车的半轴一般用中、小型汽车的半轴一般用4545钢、钢、40Cr40Cr。 重型汽车用重型汽车用40MnB40MnB、40CrNi40C

9、rNi、40CrMnMo40CrMnMo等淬等淬透性较高的合金钢制造。透性较高的合金钢制造。 七、车身、档板等冷冲压零件 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的占总零件数的50%50%60%60%。 汽车冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，汽车冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板。其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板。 如钢板如钢板0808、2020、2525、Q345Q345（16Mn16Mn）等。等。10.1.2 10.1.2 汽车用塑料汽车用塑料 一、内饰用塑料 内饰用主要塑料为聚氨酯内饰用主要塑料为聚氨酯(P

10、U)(PU)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)(PVC)、聚丙烯、聚丙烯(PP)(PP)和和ABSABS等。等。 内饰塑料制品，主要有：座垫、仪表板、扶内饰塑料制品，主要有：座垫、仪表板、扶手、门内衬板、顶棚衬里、地毯、转向盘等。手、门内衬板、顶棚衬里、地毯、转向盘等。聚氨酯汽车座椅聚氨酯汽车座椅 真空助推器真空助推器 二、汽车用工程塑料 1. 1. 聚丙烯聚丙烯 主要用于通风采暖系统、发动机的某些配主要用于通风采暖系统、发动机的某些配件以及外装件，如真空助推器，汽车转向盘、件以及外装件，如真空助推器，汽车转向盘、仪表板、加速踏板、蓄电池壳、空气滤清器、仪表板、加速踏板、蓄电池壳、空气滤清器、冷却

11、风扇、风扇护罩、散热器格栅、分电器盖、冷却风扇、风扇护罩、散热器格栅、分电器盖、灯壳等。灯壳等。 2. 2. 聚乙烯聚乙烯 可用于制造汽油箱、挡泥板、转向盘、各可用于制造汽油箱、挡泥板、转向盘、各种液体储罐以及衬板。聚乙烯在汽车上最重要种液体储罐以及衬板。聚乙烯在汽车上最重要的用途是用于制造汽油箱。的用途是用于制造汽油箱。 用作各种仪表外壳、灯罩及电器零件。用作各种仪表外壳、灯罩及电器零件。 3. 3. 聚苯乙烯聚苯乙烯 5. 5. 聚酰胺聚酰胺( (尼龙尼龙) ) 制造燃油滤清器、空气滤清器、水泵壳、制造燃油滤清器、空气滤清器、水泵壳、水泵叶轮、风扇、雨刷器齿轮、速度表齿轮。水泵叶轮、风扇、

12、雨刷器齿轮、速度表齿轮。 制作汽车用车轮罩、保险杠垫板、手柄、制作汽车用车轮罩、保险杠垫板、手柄、百叶窗、仪表板、控制板、收音机壳、暖风器百叶窗、仪表板、控制板、收音机壳、暖风器壳等。壳等。4. ABS4. ABS 三、汽车外装及结构件用纤维增强塑料 复合材料 常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合常用的是玻璃纤维和热固性树脂的复合材料。材料。 用于制造汽车顶棚、空气导流板、前灯用于制造汽车顶棚、空气导流板、前灯壳、发动机罩、挡泥板等外装件。壳、发动机罩、挡泥板等外装件。 用碳纤维增强塑料复合材料制成的汽车用碳纤维增强塑料复合材料制成的汽车零件有传动轴、悬挂弹簧、保险杠、转向节、零件有传动轴、悬挂

13、弹簧、保险杠、转向节、车门、座椅骨架、发动机罩等。车门、座椅骨架、发动机罩等。10.1.3 10.1.3 汽车用橡胶汽车用橡胶 汽车的主要橡胶件是轮胎，此外还有各汽车的主要橡胶件是轮胎，此外还有各种橡胶软管、密封件、减震垫等。种橡胶软管、密封件、减震垫等。 生胶是轮胎最重要的原材料。生胶是轮胎最重要的原材料。 轿车轮胎以合成橡胶为主。轿车轮胎以合成橡胶为主。 载重轮胎以天然橡胶为主。载重轮胎以天然橡胶为主。轮胎轮胎10.1.4 10.1.4 汽车用陶瓷材料汽车用陶瓷材料 汽车发动机火花塞采用汽车发动机火花塞采用AlAl2 2O O3 3制造。制造。 绝热发动机上采用工程陶瓷。绝热发动机上采用工

14、程陶瓷。 使用的陶瓷有使用的陶瓷有ZrOZrO2 2、SiSi3 3N N4 4等。采用等。采用SiSi3 3N N4 4制造气阀头、活塞顶、气缸套、摇臂镶块、制造气阀头、活塞顶、气缸套、摇臂镶块、气门挺杆等。气门挺杆等。 陶瓷摇臂镶块陶瓷摇臂镶块 10.210.2 机床用材机床用材10.2.1 10.2.1 机身、底座用材机身、底座用材 机身、机床底座等大型零件。机身、机床底座等大型零件。 零件重量大、形状复杂。零件重量大、形状复杂。 牛头刨床结构简图牛头刨床结构简图 材料：材料：灰铸铁、孕育铸铁灰铸铁、孕育铸铁 成本低、铸造性好、切削加工性优异、对缺成本低、铸造性好、切削加工性优异、对缺口

15、不敏感、减震性好，有良好的耐磨性。口不敏感、减震性好，有良好的耐磨性。 石墨有良好的润滑作用、并能储存润滑油、石墨有良好的润滑作用、并能储存润滑油、很适宜制造导轨。很适宜制造导轨。 灰铸铁：灰铸铁：HT150HT150、HT200HT200， 孕育铸铁孕育铸铁HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350、HT400HT400。 材料：材料：孕育铸铁、球墨铸铁。孕育铸铁、球墨铸铁。 孕育铸铁孕育铸铁HT250HT250、HT300HT300、HT350HT350、HT400HT400。 球墨铸铁：球墨铸铁：QT400QT4001717、QT420QT4201010、QT500

16、QT5005 5、QT600QT6002 2。 油缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等油缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等零件以及其它一些如牛头刨床的滑枕、零件以及其它一些如牛头刨床的滑枕、皮带轮、导杆、摆杆、载物台等。皮带轮、导杆、摆杆、载物台等。10.2.2 10.2.2 机床齿轮用材机床齿轮用材 开式齿轮开式齿轮选用选用HT250HT250、HT300HT300和和HT400HT400，和铸铁的大齿轮啮合的，和铸铁的大齿轮啮合的小齿轮可用小齿轮可用Q235Q235、Q255Q255制造。制造。 闭式齿轮闭式齿轮多采用多采用4040、4545钢钢（调质处理）（调质处理） 机床零件机床零件 高速、重载或受

17、强烈冲击的齿轮，采用高速、重载或受强烈冲击的齿轮，采用40Cr40Cr或或20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi。 不重要的齿轮可使用不重要的齿轮可使用Q255Q255（不热处理）。（不热处理）。 球墨铸铁球墨铸铁QT450-5QT450-5、可锻铸铁、可锻铸铁KTZ450-5KTZ450-5、KTZ500-4KTZ500-4制造尺寸较大或形状复杂的传动齿轮。制造尺寸较大或形状复杂的传动齿轮。 10.2.3 10.2.3 机床轴类零件用材机床轴类零件用材 一般轴件采用一般轴件采用4545钢（调质）制造。钢（调质）制造。 不重要的或低载的轴可以采用不重要的或低载的轴可以采用Q235Q

18、235、Q255Q255等钢制造。等钢制造。 承受重载，轴颈耐磨性高的轴，用承受重载，轴颈耐磨性高的轴，用40Cr40Cr等调质钢或等调质钢或20Cr20Cr等渗碳钢。等渗碳钢。 曲轴和主轴用曲轴和主轴用QT600-2QT600-2、KTZ600-3KTZ600-3等等球墨铸铁和可锻铸铁制造。球墨铸铁和可锻铸铁制造。 10.2.4 10.2.4 机床其它零件用材机床其它零件用材 一、螺旋传动件用材 不热处理的螺旋传动件用不热处理的螺旋传动件用4545、5050钢制造；钢制造； 热处理的螺旋传动件用热处理的螺旋传动件用T10T10、65Mn65Mn、40Cr40Cr等制造。等制造。 螺母的材料用

19、锡青铜螺母的材料用锡青铜ZQSn6-6-3ZQSn6-6-3、ZQSn10-ZQSn10-2 2，较小载荷及低速传动时用耐磨铸铁。，较小载荷及低速传动时用耐磨铸铁。 二、蜗轮传动件用材 1.1.蜗轮蜗轮 当滑动速度较大时，用锡青铜当滑动速度较大时，用锡青铜ZQSn10ZQSn10、ZQSn10-1ZQSn10-1或或ZQSn6-6-3ZQSn6-6-3等。等。 滑动速度较低时滑动速度较低时, ,性能要求不高时用性能要求不高时用HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250。 直径大于直径大于100 mm100 mm200 mm200 mm的青铜蜗轮，的青铜蜗轮，轮芯应采用灰口

20、铸铁制造。轮芯应采用灰口铸铁制造。 2. 2.蜗杆蜗杆 用用1515、2020钢和钢和15Cr15Cr、20Cr20Cr钢，表面渗碳钢，表面渗碳淬硬到淬硬到56 HRC56 HRC62 HRC62 HRC； 4545、40Cr40Cr钢，表面高频淬火到钢，表面高频淬火到45 HRC45 HRC50 HRC50 HRC。 三、滑动轴承材料 ChSnSb11-6ChSnSb11-6、ChPbSb14-10-18ChPbSb14-10-18，用于最，用于最高速重载条件下的轴承衬。高速重载条件下的轴承衬。 ZQSn10-1ZQSn10-1、ZQAl9-2ZQAl9-2、ZQPb30ZQPb30、ZQP

21、b12-8ZQPb12-8用于高速和重载条件下衬套、轴承。用于高速和重载条件下衬套、轴承。 HT250HT250、HT350HT350用于低速、轻载条件下。用于低速、轻载条件下。铁石墨含油轴承用于铁石墨含油轴承用于V V 4 m/s4 m/s的轴承。的轴承。 ABSABS塑料、尼龙、聚四氟乙烯塑料、尼龙、聚四氟乙烯等塑料轴承等塑料轴承用于低速、轻载以及在无油润滑条件下工作或用于低速、轻载以及在无油润滑条件下工作或在水、腐蚀性液体介质中工作时使用。在水、腐蚀性液体介质中工作时使用。 四、滚动轴承材料 滚动轴承的内外圈和滚动体一般用滚动轴承的内外圈和滚动体一般用GCr9GCr9、GCr15GCr1

22、5、GCr15SiMnGCr15SiMn等高碳铬或铬锰轴承钢和等高碳铬或铬锰轴承钢和GSiMnVGSiMnV等无铬轴承钢制造。等无铬轴承钢制造。 热处理后一般要求硬度在热处理后一般要求硬度在61 HRC61 HRC65 65 HRCHRC之间。之间。 保持架材料多用低碳钢薄板、铜合金、保持架材料多用低碳钢薄板、铜合金、塑料或轻合金制造。塑料或轻合金制造。10.310.3 仪器仪表用材仪器仪表用材 10.3.1 10.3.1 壳体材料壳体材料 仪器仪表壳体（包括面板、底盘）用材广泛。仪器仪表壳体（包括面板、底盘）用材广泛。 低碳钢：低碳钢：Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235 不

23、锈钢：不锈钢：1Cr131Cr13、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 铝：工业纯铝铝：工业纯铝L5L5及防锈铝及防锈铝LF5LF5、LF11LF11、LF21LF21 黄铜：黄铜：H62H62、H68H68等等 ABSABS可制造仪表壳、仪表盘等。聚甲醛用作可制造仪表壳、仪表盘等。聚甲醛用作各种仪表板和外壳。各种仪表板和外壳。 玻璃纤维增强尼龙可制作仪表盘、玻璃纤维玻璃纤维增强尼龙可制作仪表盘、玻璃纤维增强聚乙烯可制作转矩变换器、干燥器壳体。增强聚乙烯可制作转矩变换器、干燥器壳体。10.3.2 10.3.2 轴类零件用材轴类零件用材 仪器仪表中的轴可以

24、使用仪器仪表中的轴可以使用Q235Q235等钢、聚等钢、聚甲醛等工程塑料制造。甲醛等工程塑料制造。 LY12LY12、LY11LY11和和HAL60-1-1HAL60-1-1多用于制造需要多用于制造需要耐蚀的轴销等零件。耐蚀的轴销等零件。10.3.3 10.3.3 凸轮与齿轮用材凸轮与齿轮用材 多用多用Q235Q235、4545（调质处理）钢制造。（调质处理）钢制造。 轻载凸轮可以使用尼龙等工程塑料或玻轻载凸轮可以使用尼龙等工程塑料或玻璃纤维增强尼龙等复合材料制造。璃纤维增强尼龙等复合材料制造。 一、凸轮 二、仪器齿轮 用普通碳素钢用普通碳素钢Q275Q275（不热处理）制造。（不热处理）制造

25、。 QAl10-4-4QAl10-4-4、QAl11-6-6QAl11-6-6可用来制造可用来制造400400500500以下工作的齿轮。以下工作的齿轮。 QBe2QBe2、QBe1.7QBe1.7制造钟表等仪表齿轮。制造钟表等仪表齿轮。 ABSABS、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工程等工程塑料也可制造仪表齿轮。塑料也可制造仪表齿轮。 10.410.4 热能设备用材热能设备用材 10.4.1 10.4.1 锅炉设备用钢锅炉设备用钢 一、锅炉管道用钢 1. 1. 锅炉管道的工作条件和对材料的要求锅炉管道的工作条件和对材料的要求 在高温、应力和腐蚀介质作用下长期工作，在高温、应

26、力和腐蚀介质作用下长期工作，会产生蠕变、氧化和腐蚀。会产生蠕变、氧化和腐蚀。 足够高的蠕变极限和持久温度；足够高的蠕变极限和持久温度； 高的抗氧化性能和耐腐蚀性能；高的抗氧化性能和耐腐蚀性能； 良好的组织稳定性；良好的组织稳定性； 良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。 2. 2. 锅炉管道用钢锅炉管道用钢 (1) (1) 壁温较低的过热器管和蒸汽管道壁温较低的过热器管和蒸汽管道 一般选用优质碳素结构钢，常用一般选用优质碳素结构钢，常用2020钢。钢。 (2) (2) 壁温较高的过热器管和蒸汽管道壁温较高的过热器管和蒸汽管道 15CrMo15CrMo钢，在钢，

27、在500 500 550 550 具有较高的热具有较高的热强性、足够的抗氧化性和良好的工艺性能。强性、足够的抗氧化性和良好的工艺性能。(3) (3) 壁温高的过热器管和蒸汽管道壁温高的过热器管和蒸汽管道 12Cr1MoV12Cr1MoV钢应用最广泛。该钢加入钢应用最广泛。该钢加入0.2%0.2%的钒，的钒，其耐热性能比铬钼钢高其耐热性能比铬钼钢高, , 工艺性能也很好。工艺性能也很好。 (4) (4) 壁温超过壁温超过600600过热器管和壁温超过过热器管和壁温超过550 550 的蒸汽管道的蒸汽管道 12Cr2MoWVB12Cr2MoWVB和和12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiT

28、iB钢。钢。 采用微量多元合金化，具有更高的组织稳定性采用微量多元合金化，具有更高的组织稳定性和化学稳定性，耐热性能更好，使用温度更高。和化学稳定性，耐热性能更好，使用温度更高。 Cr12%Cr12%马氏体型耐热钢。马氏体型耐热钢。 (5)(5)过热器壁温超过过热器壁温超过650 650 、蒸汽管道壁温超过、蒸汽管道壁温超过600 600 使用奥氏体耐热钢，有较高的高温强度和耐蚀使用奥氏体耐热钢，有较高的高温强度和耐蚀性，最高使用温度可达性，最高使用温度可达700 700 左右。左右。 二、锅炉汽包用钢 1.1.低压锅炉汽包低压锅炉汽包 12Mng12Mng、16Mng16Mng、15MnVg

29、15MnVg（g g表示锅炉专用钢）表示锅炉专用钢）综合机械性能比碳钢高，减轻锅炉汽包的重量。综合机械性能比碳钢高，减轻锅炉汽包的重量。 2. 2.高压锅炉汽包高压锅炉汽包(1)(1) 14MnMoVg14MnMoVg、14MnMoVBREg14MnMoVBREg钢钢 屈服极限为屈服极限为500 MPa500 MPa。Mo Mo 提高屈服强度及中提高屈服强度及中温机械性能。屈服极限比碳钢高一倍温机械性能。屈服极限比碳钢高一倍, , 有良好的有良好的综合机械性能。钢的强度更高。综合机械性能。钢的强度更高。(2)(2) 14CrMnMoVBg14CrMnMoVBg钢钢 屈服极限很高（屈服极限很高（

30、650 650 MPaMPa700 MPa700 MPa），强度高，塑性、韧性也较好，），强度高，塑性、韧性也较好，焊接性能也好，能耐湿度较大地区的大气腐蚀。焊接性能也好，能耐湿度较大地区的大气腐蚀。10.4.2 10.4.2 汽轮机用钢汽轮机用钢 汽轮机主要零部件包括汽轮机主要零部件包括 汽轮机叶片汽轮机叶片 汽轮机转子汽轮机转子 汽轮机定子汽轮机定子汽轮机汽轮机 一、汽轮机叶片 (1) (1) 铬不锈钢铬不锈钢(1Cr13(1Cr13和和2Cr13)2Cr13) 在工作温度下具有足够的强度，有高的耐腐蚀在工作温度下具有足够的强度，有高的耐腐蚀性和减振性性和减振性, , 是使用最广泛的汽轮机

31、叶片材料。是使用最广泛的汽轮机叶片材料。 1Cr131Cr13在汽轮机中用于前几级动叶片；在汽轮机中用于前几级动叶片； 2Cr132Cr13多用于后几级动叶片。多用于后几级动叶片。 1Cr13 1Cr13和和2Cr132Cr13钢的热强性不高钢的热强性不高, , 当温度超当温度超过过500 500 时时, , 热强性明显下降。热强性明显下降。1Cr131Cr13钢的最高钢的最高工作温度为工作温度为480 480 左右左右, 2Cr13, 2Cr13为为450 450 左右。左右。 (2) (2) 强化型铬不锈钢强化型铬不锈钢 在在1Cr131Cr13和和2Cr132Cr13基础上加入钼、钨、钒

32、、基础上加入钼、钨、钒、铌、硼等强化元素，得到铌、硼等强化元素，得到Cr11MoVCr11MoV、Cr12WMoNbVBCr12WMoNbVB、1Cr11Ni2W2MoV1Cr11Ni2W2MoV等强化型铬不等强化型铬不锈钢锈钢, , 它们的热强性比它们的热强性比1Cr131Cr13和和2Cr132Cr13高高, , 可可在在560 560 600 600 下长期工作。下长期工作。 (3) (3) 铬铬- -镍不锈钢镍不锈钢 在在600 600 温度以上工作的叶片温度以上工作的叶片, , 应选用铬应选用铬- -镍奥氏体不锈钢或高温合金镍奥氏体不锈钢或高温合金, , 如如Cr17Ni13WCr1

33、7Ni13W、Cr15Ni35W3Ti3AlBCr15Ni35W3Ti3AlB等。等。 二、汽轮机转子 (1) 34CrMo(1) 34CrMo钢钢 采用正火采用正火( (或淬火或淬火)+)+高温回火处理高温回火处理, , 工作温工作温度度480 480 以下的汽轮机叶轮和主轴。以下的汽轮机叶轮和主轴。 有较好的工艺性能和较高的热强性有较好的工艺性能和较高的热强性, , 长时长时期使用组织比较稳定。但工作温度超过期使用组织比较稳定。但工作温度超过480 480 时热强性明显降低。时热强性明显降低。 (2) 35CrMoV (2) 35CrMoV钢钢 加入了钒加入了钒, , 使钢的室温和高温强度

34、均超过使钢的室温和高温强度均超过34CrMo34CrMo钢钢, , 制造要求较高强度的锻件制造要求较高强度的锻件, , 如用于如用于工作温度工作温度500 500 520 520 以下的叶轮和汽轮机以下的叶轮和汽轮机叶轮。叶轮。 (3) 34CrNi3Mo(3) 34CrNi3Mo、33Cr3MoWV33Cr3MoWV、20Cr3WMoV20Cr3WMoV钢钢 制造工作温度制造工作温度450 450 550 550 发电机转子和发电机转子和汽轮机整锻转子及叶轮。汽轮机整锻转子及叶轮。10.510.5 化工设备用材化工设备用材 化学工业部门的主要设备有压力容器、化学工业部门的主要设备有压力容器、

35、换热器、塔设备和反应釜等。换热器、塔设备和反应釜等。 这些设备使用条件比较复杂，温度从低这些设备使用条件比较复杂，温度从低温到高温；温到高温； 压力从真空压力从真空( (负压负压) )到超高压；到超高压； 物料有易燃、易爆、剧毒或强腐等。物料有易燃、易爆、剧毒或强腐等。10.5.1 10.5.1 化工设备用金属材料化工设备用金属材料 一、化工设备用合金钢 1. 1. 低合金结构钢低合金结构钢 除要求强度外，还要求有较好的塑性和除要求强度外，还要求有较好的塑性和焊接性，以利设备的加工制造。焊接性，以利设备的加工制造。 常用的钢种有常用的钢种有16MnR16MnR、 15MnVR15MnVR 18

36、MnMoNbR 18MnMoNbR 2. 2. 不锈钢不锈钢 (1) (1) 铬不锈钢铬不锈钢 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13 在海水、蒸汽和潮湿大在海水、蒸汽和潮湿大气中有足够的耐蚀性。但在硫酸、盐酸中耐蚀气中有足够的耐蚀性。但在硫酸、盐酸中耐蚀性较低。用作受力不大的耐蚀零件：轴、活塞性较低。用作受力不大的耐蚀零件：轴、活塞杆、阀件、螺栓等。杆、阀件、螺栓等。 OCr13OCr13、OCr17TiOCr17Ti具有较好的塑性，耐氧具有较好的塑性，耐氧化性酸和硫化氢气体腐蚀。用于化工设备，如化性酸和硫化氢气体腐蚀。用于化工设备，如用于维纶生产设备。用于维纶生产设备。 (2) (2)

37、 铬镍不锈钢铬镍不锈钢 1Cr18Ni91Cr18Ni9、OCr18Ni11TiOCr18Ni11Ti、OCr17Ni12Mo2OCr17Ni12Mo2 有耐蚀要求的压力容器。固溶处理后有良有耐蚀要求的压力容器。固溶处理后有良好的耐蚀性、耐热性。好的耐蚀性、耐热性。 3. 3. 耐热钢耐热钢 1Cr13Si31Cr13Si3、1Cr25Si21Cr25Si2 铁素体钢铁素体钢, , 不宜承不宜承受冲击负荷受冲击负荷, , 但抗氧化性好但抗氧化性好, , 在含硫的气氛中在含硫的气氛中有好的抗蚀性。最高使用温度有好的抗蚀性。最高使用温度900 900 1150 1150 。制造过热器吊架、喷嘴、热

38、交换器。制造过热器吊架、喷嘴、热交换器。 1Cr23Ni131Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si21Cr25Ni20Si2 奥氏体钢奥氏体钢, , 有较高的高温强度及抗氧化性。最高使用温度有较高的高温强度及抗氧化性。最高使用温度1050 1050 1200 1200 。 制造热裂解管、炉内传送带、炉内支架、制造热裂解管、炉内传送带、炉内支架、高温加热炉管、燃烧室构件。高温加热炉管、燃烧室构件。 二、化工设备用有色金属及其合金 1. 1. 铜及其合金铜及其合金纯铜纯铜 耐中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸的腐耐中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸的腐蚀。对淡水、大气和碱类溶液的耐蚀能力很蚀。对淡水、大气

39、和碱类溶液的耐蚀能力很好。不耐硝酸、氨和铵盐溶液。好。不耐硝酸、氨和铵盐溶液。 用于制造有机合成和有机酸工业上用的用于制造有机合成和有机酸工业上用的蒸发器、蛇管等。蒸发器、蛇管等。黄铜黄铜 耐蚀性与耐蚀性与纯铜纯铜相似，大气中耐蚀性要比铜相似，大气中耐蚀性要比铜好，应用很广。好，应用很广。 H80H80、H68H68塑性好塑性好, , 制造容器零件。制造容器零件。 H62H62机械性能较高机械性能较高, , 做深冷设备的筒体、做深冷设备的筒体、管板、法兰和螺母等。管板、法兰和螺母等。锡青铜锡青铜 强度、硬度高，铸造性能好，耐蚀性好。强度、硬度高，铸造性能好，耐蚀性好。 用来铸造耐蚀和耐磨零件，

40、如泵外壳、用来铸造耐蚀和耐磨零件，如泵外壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。 2. 2. 铝及其合金铝及其合金 工业纯铝工业纯铝 广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备。橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备。 如反应器、热交换器、槽车和管件等。如反应器、热交换器、槽车和管件等。 防锈铝防锈铝 防锈铝的耐蚀性比纯铝高。防锈铝的耐蚀性比纯铝高。 用作空气分离的蒸馏塔、热交换器、各用作空气分离的蒸馏塔、热交换器、各式容器和防锈蒙皮等。式容器和防锈蒙皮等。 3. 3. 铅及其合金铅及其合金 铅在许多介质中，特别是

41、在热硫酸和铅在许多介质中，特别是在热硫酸和冷硫酸中，具有很高的耐蚀性。冷硫酸中，具有很高的耐蚀性。 铅的强度和硬度低，不适宜单独制作铅的强度和硬度低，不适宜单独制作化工设备零件，主要作设备衬里。化工设备零件，主要作设备衬里。10.5.1 10.5.1 化工设备用非金属材料化工设备用非金属材料 一、无机非金属材料 1. 1. 化工陶瓷化工陶瓷 化工陶瓷化学稳定性很高，主要用于制化工陶瓷化学稳定性很高，主要用于制作塔、泵、管道、耐酸瓷砖和设备衬里。作塔、泵、管道、耐酸瓷砖和设备衬里。 陶瓷转盘陶瓷转盘 陶瓷密封圈陶瓷密封圈 2. 2. 玻璃玻璃 化工生产上常见的为硼化工生产上常见的为硼- -硅酸玻

42、璃硅酸玻璃( (耐热耐热玻璃玻璃) )和石英玻璃，用来制造管道、离心泵、和石英玻璃，用来制造管道、离心泵、热交换器管、精馏塔等设备热交换器管、精馏塔等设备。 3. 3. 天然耐酸材料天然耐酸材料 花岗石花岗石耐酸性高，常用以砌制硝酸和盐耐酸性高，常用以砌制硝酸和盐酸吸收塔，以替代不锈钢和某些贵重金属。酸吸收塔，以替代不锈钢和某些贵重金属。 中性长石中性长石热稳定性好，耐酸性高，可以热稳定性好，耐酸性高，可以衬砌设备或配制耐酸水泥。衬砌设备或配制耐酸水泥。 石棉石棉可用做绝热可用做绝热( (保温保温) )和耐火材料，也和耐火材料，也用于设备密封衬垫和填料。用于设备密封衬垫和填料。 二、有机非金属

43、材料 1. 1. 工程塑料工程塑料 耐酸酚醛塑料耐酸酚醛塑料用于制作搅拌器、管件、用于制作搅拌器、管件、阀门、设备衬里等。阀门、设备衬里等。 硬聚氯乙烯硬聚氯乙烯塑料可用于制造塔器、贮槽、塑料可用于制造塔器、贮槽、离心泵、管道、阀门等。离心泵、管道、阀门等。 聚四氟乙烯聚四氟乙烯塑料常用作耐蚀、耐温的密塑料常用作耐蚀、耐温的密封元件，无油润滑的轴承、活塞环及管道。封元件，无油润滑的轴承、活塞环及管道。 2. 2. 不透性石墨不透性石墨 用各种树脂浸渍石墨消除孔隙得到不透性石用各种树脂浸渍石墨消除孔隙得到不透性石墨。它具有很高的化学稳定性，可作换热设备，墨。它具有很高的化学稳定性，可作换热设备，

44、如氯乙烯车间的石墨换热器等。如氯乙烯车间的石墨换热器等。10.610.6 航空航天器用材航空航天器用材航空航天器用材很广泛：工程塑料、橡航空航天器用材很广泛：工程塑料、橡胶、陶瓷材料和各种金属。胶、陶瓷材料和各种金属。 这些材料或是比强度高，或是具有特殊这些材料或是比强度高，或是具有特殊的使用性能，如较好的热强性、抗氧化性和的使用性能，如较好的热强性、抗氧化性和耐蚀性。耐蚀性。 10.6.1 10.6.1 中碳调质钢中碳调质钢 Cr-Mn-SiCr-Mn-Si钢：钢：30CrMnSiA30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA40CrMnSi

45、MoVA Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo钢：钢：40CrNiMoA40CrNiMoA、34CrNi3MoA34CrNi3MoA 超高强钢：超高强钢：H-11H-11（0.35C-5Cr-1.5Mo-0.35C-5Cr-1.5Mo-1.0Si-0.4V1.0Si-0.4V） 用于火箭发动机外壳、喷气涡轮机轴、喷用于火箭发动机外壳、喷气涡轮机轴、喷气式客机的起落架、超音速喷气机机体等。气式客机的起落架、超音速喷气机机体等。10.6.2 10.6.2 高合金耐热钢高合金耐热钢 1Cr131Cr13、2Cr25N2Cr25N、 0Cr25Ni200Cr25Ni20、 0Cr12Ni20Ti3AlB0

46、Cr12Ni20Ti3AlB 用于制造涡轮泵及火箭发动机，用于制造涡轮泵及火箭发动机， 航空发动机转子和其它零件。航空发动机转子和其它零件。 10.6.3 10.6.3 高温合金高温合金 TD-NiTD-Ni、TD-NiCrTD-NiCr（在镍或镍（在镍或镍-20%-20%铬基体中铬基体中加入加入2%2%左右弥散分布的氧化钍左右弥散分布的氧化钍ThOThO2 2颗粒，产生弥颗粒，产生弥散强化的高温合金）。制造燃气涡轮发动机的燃散强化的高温合金）。制造燃气涡轮发动机的燃烧室等高温工作构件和航天飞机的隔热材料。烧室等高温工作构件和航天飞机的隔热材料。 K403K403（Ni-11Cr-5.25Co

47、-Ni-11Cr-5.25Co-4.65W-4.3Mo-5.6Al4.65W-4.3Mo-5.6Al）等铸造镍）等铸造镍基合金。制造涡轮工作叶片和基合金。制造涡轮工作叶片和导向器叶片。导向器叶片。 铁基高温合金铁基高温合金GH2018GH2018(Fe-42Ni-19.5Cr-(Fe-42Ni-19.5Cr-2.0W-4.0Mo-0.55Al-2.0Ti)2.0W-4.0Mo-0.55Al-2.0Ti)，制造在，制造在500 500 700 700 下承受较大应力的构件，如机匣、燃烧室外套。下承受较大应力的构件，如机匣、燃烧室外套。航天飞机航天飞机10.6.4 10.6.4 镍基耐蚀合金镍基耐

48、蚀合金 镍与镍基耐蚀合金是在高温、高压、高镍与镍基耐蚀合金是在高温、高压、高浓度等苛刻腐蚀环境工作的结构材料。浓度等苛刻腐蚀环境工作的结构材料。 锻造镍锻造镍（镍（镍200200、镍、镍201201）韧性、塑性）韧性、塑性优良，能适应多种腐蚀环境。优良，能适应多种腐蚀环境。 制造航天器及导弹元件。制造航天器及导弹元件。 镍基耐蚀合金镍基耐蚀合金，如，如Monel K-500Monel K-500（Ni-Ni-29.5Cu29.5Cu），强度与硬度较高；），强度与硬度较高；Inconel 718 Inconel 718 （Ni-19Cr-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti)Ni-19C

49、r-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti)从从 -250 -250 705 705 均具有优良的力学性能；均具有优良的力学性能； 制造泵轴、涡轮等航空发动机零部件。制造泵轴、涡轮等航空发动机零部件。 10.6.5 10.6.5 铝及其合金铝及其合金 LF5LF5、LF11LF11、LF21LF21制造油箱、油管，制制造油箱、油管，制造铆钉。造铆钉。 LY11 LY11 制造螺旋桨叶片、蒙皮、梁、螺制造螺旋桨叶片、蒙皮、梁、螺栓和铆钉等中等强度的结构零件。栓和铆钉等中等强度的结构零件。 ZL101ZL101、ZL104ZL104、ZL109ZL109、ZL201 ZL201 铸造飞机铸造

50、飞机零件、壳体、发动机机匣、气缸体、活塞、支臂、零件、壳体、发动机机匣、气缸体、活塞、支臂、挂架梁等。挂架梁等。 LC4LC4、LC6 LC6 制造飞机大梁、起落架等结构制造飞机大梁、起落架等结构中的主要受力件。中的主要受力件。 LD7LD7、LD10 LD10 适合制造高温下工作的复杂适合制造高温下工作的复杂锻件，板材可做高温下工作的结构件。锻件，板材可做高温下工作的结构件。10.6.6 10.6.6 镁合金镁合金 镁的熔点为镁的熔点为651 651 ，密度仅为，密度仅为1.74 g/cm1.74 g/cm3 3，比铝还轻。比铝还轻。 镁合金具有较高的比强度和比刚度，并具有镁合金具有较高的比

51、强度和比刚度，并具有高的抗震能力，能承受比铝及其合金更大的冲击高的抗震能力，能承受比铝及其合金更大的冲击载荷，切削加工能力优良，易于铸造和锻压。载荷，切削加工能力优良，易于铸造和锻压。 在航天航空工业中获得较大应用。在航天航空工业中获得较大应用。 铸造高强镁合金铸造高强镁合金ZM1ZM1(Mg-4.5Zn-0.75Zr)(Mg-4.5Zn-0.75Zr) 变形耐热镁合金变形耐热镁合金MB8MB8(Mg-2.0Mn-0.2Ce) (Mg-2.0Mn-0.2Ce) 10.6.7 10.6.7 钛及其合金钛及其合金 TA7TA7钛合金钛合金 制造机匣，压气机内环等。制造机匣，压气机内环等。 TC4TC4、TC10TC10合金合金 制造机翼转轴、进气道制造机翼转轴、进气道框架、机身桁条、发动机壳体、压气机盘、叶框架、机身桁条、发动机壳体、压气机盘、叶片、