第九章---典型零件的选材及工程材料的应用课件.ppt

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1、第十二章第十二章 机械设计与选材机械设计与选材选材的动机选材的动机首次开发生产一种新产品、新零件或新装置；现有产品的改进和更新换代；零件过早失效甚至灾难性事故发生后，需改变用材。一、过量变形失效一、过量变形失效l1.过量弹性变形失效过量弹性变形失效l2.过量塑性变形失效过量塑性变形失效l3.蠕变变形失效蠕变变形失效零件的失效形式零件的失效形式零件的失效有三种形式，即零件的失效有三种形式，即过量变形过量变形、断裂断裂和和表面损伤失效表面损伤失效。1.1.过量弹性变形失效过量弹性变形失效零件由于产生过大的弹性变形而失效，称为弹性变形失效。零件由于产生过大的弹性变形而失效，称为弹性变形失效。例如对于

2、受弯扭的轴类零件，其过大变形量会造成轴上啮合例如对于受弯扭的轴类零件，其过大变形量会造成轴上啮合零件的严重偏载甚至啮合失常，进而导致传动失效。零件的严重偏载甚至啮合失常，进而导致传动失效。2.2.过量塑性变形失效过量塑性变形失效零件承受的应力超过其材料的屈服强度时发生塑性变形，过零件承受的应力超过其材料的屈服强度时发生塑性变形，过量的塑性变形会使零件的相对位置发生变化，使整个机器运量的塑性变形会使零件的相对位置发生变化，使整个机器运转不良。转不良。3.3.蠕变变形失效蠕变变形失效受长期固定载荷的零件，在工作中尤其是在高温下发生蠕变受长期固定载荷的零件，在工作中尤其是在高温下发生蠕变（即在应力不

3、变的情况下，变形量随时间的延长而增加的现（即在应力不变的情况下，变形量随时间的延长而增加的现象）。如锅炉、汽轮机、航空发动机及其它热机的零部件，象）。如锅炉、汽轮机、航空发动机及其它热机的零部件，常由于蠕变产生的塑性变形和应力松弛而失效。常由于蠕变产生的塑性变形和应力松弛而失效。二、断裂失效二、断裂失效l断裂失效是机械零件的主要失效形式，根据断裂的性质和断裂失效是机械零件的主要失效形式，根据断裂的性质和断裂的原因，可分为下列几种。断裂的原因，可分为下列几种。（1）韧性断裂失效）韧性断裂失效零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明显

4、的塑性变形，尺寸变化明显，断面缩小，断口呈纤维状。显的塑性变形，尺寸变化明显，断面缩小，断口呈纤维状。（2）低温脆性断裂失效失效）低温脆性断裂失效失效零件在低于其材料的韧脆转变温度以下工作时，其韧性和塑零件在低于其材料的韧脆转变温度以下工作时，其韧性和塑性大大降低并发生脆性断裂而失效。性大大降低并发生脆性断裂而失效。（3）疲劳断裂失效）疲劳断裂失效零件在承受交变载荷时，尽管应力的峰值在抗拉强度甚至在零件在承受交变载荷时，尽管应力的峰值在抗拉强度甚至在屈服强度以下，但经过一定周期后仍会发生断裂，这种现象屈服强度以下，但经过一定周期后仍会发生断裂，这种现象称为疲劳。疲劳断裂为脆性断裂。称为疲劳。疲

5、劳断裂为脆性断裂。（4）蠕变断裂失效）蠕变断裂失效在高温下工作的零件，当蠕变变形量超过一定范围时，零件在高温下工作的零件，当蠕变变形量超过一定范围时，零件内部产生裂纹而很快断裂，有些材料在断裂前产生颈缩现象。内部产生裂纹而很快断裂，有些材料在断裂前产生颈缩现象。（5）环境断破失效）环境断破失效在负载荷条件下，由于环境因素（例如腐蚀介质）的影响，在负载荷条件下，由于环境因素（例如腐蚀介质）的影响，往往出现低应力下的延迟断裂使零件失效。环境破断失效应往往出现低应力下的延迟断裂使零件失效。环境破断失效应包括应力腐蚀、氢脆、腐蚀、疲劳等。包括应力腐蚀、氢脆、腐蚀、疲劳等。三、表面损伤失效三、表面损伤失

6、效1.1.磨损实效磨损实效相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面发生损耗或产相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面发生损耗或产生塑变，使金属状态和尺寸改变的现象。生塑变，使金属状态和尺寸改变的现象。2.腐蚀失效腐蚀失效零件暴露于活性介质环境中并与环境介质间发生化学和电化学零件暴露于活性介质环境中并与环境介质间发生化学和电化学作用而造成零件表面损耗，引起尺寸、性能变化，导致失效。作用而造成零件表面损耗，引起尺寸、性能变化，导致失效。3.表面疲劳失效表面疲劳失效相互接触的两个运动表面，在工作过程中承受交变接触应力的相互接触的两个运动表面，在工作过程中承受交变接触应力的作用而导致表面层材料发

7、生疲劳而脱落，造成失效。作用而导致表面层材料发生疲劳而脱落，造成失效。实际上零件的失效形式往往不是单一的，随外界条件的变化，实际上零件的失效形式往往不是单一的，随外界条件的变化，失效形式可以从一种形式转变为另一种形式。如齿轮的失效，失效形式可以从一种形式转变为另一种形式。如齿轮的失效，往往先有点蚀、剥落，后出现断齿等多种形式。往往先有点蚀、剥落，后出现断齿等多种形式。选材的一般原则选材的一般原则选用材料应考虑的一般原则是：选用材料应考虑的一般原则是：l使用性原则使用性原则 是保证零件完成规定功能的必要条件。是保证零件完成规定功能的必要条件。l工艺性原则工艺性原则 材料的工艺性能表示材料加工的难

8、易程度。材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。l经济性原则经济性原则 是选材的重要原则之一，一般包括材料的价是选材的重要原则之一，一般包括材料的价 格、零件的成本与国家的资源等。格、零件的成本与国家的资源等。典型零件的选材及工艺路线设计典型零件的选材及工艺路线设计一、齿轮类零件的选材一、齿轮类零件的选材l1.1.齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。节速度。（1 1）工作时的受力情况）工作时的受力情况1 1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应

9、力。）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。2 2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。3 3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。（2 2）主要失效形式）主要失效形式1 1）疲劳断裂。）疲劳断裂。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。2 2）齿面磨损。）齿面磨损。3 3）齿面接触疲劳破坏）齿面接触疲劳破坏 。4 4）过载断裂。）过载断裂。（3 3）齿轮用材性能要求）齿轮用材性能要求1 1）高的弯曲疲劳强度）高

10、的弯曲疲劳强度2 2）高的接触疲劳强度和耐磨性）高的接触疲劳强度和耐磨性3 3）齿轮心部要有足够的强度和韧性）齿轮心部要有足够的强度和韧性l2.2.齿轮零件的选材齿轮零件的选材l3.3.典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例（1 1）机床齿轮）机床齿轮（2 2）汽车齿轮）汽车齿轮（1 1）机床齿轮）机床齿轮机床齿轮的选材及热处理机床齿轮的选材及热处理 机床齿轮运转平稳、负荷一般不大，工作机床齿轮运转平稳、负荷一般不大，工作条件较好，选用中碳钢或中碳合金钢，如条件较好，选用中碳钢或中碳合金钢，如选用选用45,40Cr等。等。工艺路线是：下料工艺路线是：下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加

11、工表面淬火表面淬火+低温回火低温回火精精磨。磨。（2 2）汽车齿轮）汽车齿轮汽车、拖拉机变速箱齿轮的选材及热处理汽车、拖拉机变速箱齿轮的选材及热处理 此类齿轮受力较大，高速运转且频受冲击，此类齿轮受力较大，高速运转且频受冲击，性能要求更高，选用合金渗碳钢，如：性能要求更高，选用合金渗碳钢，如：20CrMnTi等。等。工艺路线是：下料工艺路线是：下料锻造锻造正火正火切削加切削加工工渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火喷丸喷丸精磨。精磨。二、轴类零件的选材二、轴类零件的选材l1.1.轴的工作条件、失效形式及性能要求轴的工作条件、失效形式及性能要求（1 1）一般轴的工作条件）一般轴的工作条件1 1）

12、传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。2 2）轴颈承受较大的摩擦）轴颈承受较大的摩擦3 3）承受一定的冲击载荷）承受一定的冲击载荷（2 2）主要失效形式）主要失效形式1 1）疲劳断裂疲劳断裂 长期受扭转和弯曲交变载荷作用长期受扭转和弯曲交变载荷作用2 2）断裂失效断裂失效 大载荷或冲击载荷作用大载荷或冲击载荷作用3 3）磨损失效磨损失效 轴颈或花键处过度磨损轴颈或花键处过度磨损（3 3）对轴用材料性能要求）对轴用材料性能要求1 1）良好的综合力学性能）良好的综合力学性能2 2）高的疲劳强度）高的疲劳强度3 3）良好的耐磨性）良好的耐磨

13、性l2.2.轴类零件的选材轴类零件的选材(1)(1)不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴(2)(2)主要受弯曲，扭转的轴主要受弯曲，扭转的轴(3)(3)同时承受弯曲（或扭转）及拉，压载荷的轴同时承受弯曲（或扭转）及拉，压载荷的轴l3.3.典型轴选材举例典型轴选材举例（1 1）机床主轴选材）机床主轴选材以以C620C620车床主轴车床主轴为例进行选材。为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能

14、即可满足要求。但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。有较高的硬度和耐磨性。根据以上分析，车床主轴可选用根据以上分析，车床主轴可选用45钢。热处理为调质处理；轴钢。热处理为调质处理；轴颈和椎孔进行表面淬火。颈和椎孔进行表面淬火。工艺路线为：工艺路线为：（2 2）内燃机曲轴选材）内燃机曲轴选材l内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转 速高低和相应轴承材料等项条件而定，同时也需考虑加工条速高低和相应轴承材料等项条件而定，同时也需考虑加工条 件、

15、生产批量和热处理工艺及制造成本。件、生产批量和热处理工艺及制造成本。l由于在滚动轴承中工作，要求轴颈部有较高的硬度和耐磨性。由于在滚动轴承中工作，要求轴颈部有较高的硬度和耐磨性。通常可选用通常可选用QT7002，其工艺路线如下：，其工艺路线如下：铸造铸造-高温正火高温正火-高温回火高温回火-切削加工切削加工-轮颈气体渗氮轮颈气体渗氮l锻造锻造-正火正火-粗加工粗加工-调质调质-精加工精加工-表面淬火及低表面淬火及低 温回火温回火-磨削加工磨削加工三、弹簧类零件的选材三、弹簧类零件的选材l1.1.弹簧的工作条件、失效形式及性能要求弹簧的工作条件、失效形式及性能要求（1 1）工作条件）工作条件1

16、1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力 或扭转应力。或扭转应力。2 2）缓冲、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用）缓冲、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用3 3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用（2 2）主要失效形式）主要失效形式1 1）塑性变形）塑性变形2 2）疲劳断裂）疲劳断裂3 3）快速脆性断裂）快速脆性断裂4 4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使 用的弹簧易出现蠕变和应力松

17、弛，产生永久变形。用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。（3 3）对弹簧用材性能要求）对弹簧用材性能要求1 1）高的弹性极限和屈强比（）高的弹性极限和屈强比（s/b）2 2）高的疲劳强度）高的疲劳强度3 3）好的材质和表面质量）好的材质和表面质量4 4）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性l2.2.弹簧零件的选材弹簧零件的选材弹簧种类很多，载荷大小相差悬殊，使用条件和环境个不相同。弹簧种类很多，载荷大小相差悬殊，使用条件和环境个不相同。在实际生产中多选用弹性极限高的金属材料来制造。在实际生产中多选用弹性极限高的金属材料来制造。l3.3.典型弹簧选材举例典型弹

18、簧选材举例（1 1）汽车板簧）汽车板簧（2 2）火车螺旋弹簧）火车螺旋弹簧（1 1）汽车板簧）汽车板簧l汽车板簧用于减震和缓冲，承受很大的交变应力和冲击载荷，汽车板簧用于减震和缓冲，承受很大的交变应力和冲击载荷，需要高的屈服强度和疲劳强度。中重型汽车板簧用需要高的屈服强度和疲劳强度。中重型汽车板簧用50CrMn，55SiMnV钢；重型大截面板簧用钢；重型大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnVNb。其工艺路线为：其工艺路线为：热轧钢带（板）冲载下料热轧钢带（板）冲载下料-压力成型压力成型-淬火淬火-中温回火中温回火-喷丸喷丸强化强化（2 2）火车螺旋弹簧）火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧用于机车

19、和车厢的缓冲和吸震，其使用条件和性能火车螺旋弹簧用于机车和车厢的缓冲和吸震，其使用条件和性能与汽车板簧相近。与汽车板簧相近。其工艺路线为：其工艺路线为：热轧钢棒下料热轧钢棒下料-两头制扁两头制扁-热卷成型热卷成型-淬火淬火-中温回火中温回火-喷丸强化喷丸强化-端面磨平端面磨平 其中淬火和回火工艺同汽车板簧。其中淬火和回火工艺同汽车板簧。工程材料的应用工程材料的应用一、汽车零件用材一、汽车零件用材1.1.缸体和缸盖缸体和缸盖缸体材料必须满足下列要求：缸体材料必须满足下列要求：1 1）有足够的强度和刚度，特别是有足够的刚度，以减小变形，）有足够的强度和刚度，特别是有足够的刚度，以减小变形，保证尺寸

20、的稳定性。保证尺寸的稳定性。2 2）良好的铸造性和切削性）良好的铸造性和切削性3 3）价格低廉）价格低廉2.2.缸套缸套气缸内壁的过量磨损是造成发动机大修的主要原因之一，所以气缸内壁的过量磨损是造成发动机大修的主要原因之一，所以要选用耐磨材料。常用要选用耐磨材料。常用耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁。l3.3.活塞、活塞销和活塞环活塞、活塞销和活塞环活塞组活塞组对活塞用材的要求是热强度高、导热性好、吸热性差、膨胀系数对活塞用材的要求是热强度高、导热性好、吸热性差、膨胀系数小、密度小，减磨性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。目前很难小、密度小，减磨性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。目前很难找到完全满足要求的材

21、料。常用的活塞材料是找到完全满足要求的材料。常用的活塞材料是铝硅合金铝硅合金。活塞销材料一般用活塞销材料一般用2020钢或钢或20Cr20Cr等低碳合金钢。等低碳合金钢。活塞环材料多用以珠光体为基的灰铸铁或在其上添加活塞环材料多用以珠光体为基的灰铸铁或在其上添加CuCu、CrCr、MoMo的合金铸铁制造。的合金铸铁制造。l4.4.连杆连杆连杆是在很复杂的应力连杆是在很复杂的应力状态下工作的。受力有状态下工作的。受力有交变拉压应力、弯曲应交变拉压应力、弯曲应力等，一般采用力等，一般采用4545钢、钢、40Cr40Cr或或40MnB40MnB。1 1 小头与连杆的过小头与连杆的过渡区渡区2 2 连

22、杆中间连杆中间3 3 大头与连杆的过大头与连杆的过渡区渡区l5.5.气门气门气门在工作时，要承受较高的机械负荷和热负荷。应选用耐热、气门在工作时，要承受较高的机械负荷和热负荷。应选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。耐蚀、耐磨的材料。进气门一般可用进气门一般可用40Cr40Cr、35CrMo35CrMo等；等；排气门排气门可用可用4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo。l6.6.半轴半轴半轴在工作时主要承受扭转力矩和交变弯曲以及一定的冲击载荷。半轴在工作时主要承受扭转力矩和交变弯曲以及一定的冲击载荷。通常使用通常使用调质钢调质钢制造：制造：40Cr40Cr、4545钢、钢、40CrNi40CrNi、4

23、0MnB40MnB等。等。l7.7.车身、纵梁、档板等冷冲压零件车身、纵梁、档板等冷冲压零件汽车冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，主要是钢板汽车冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，主要是钢板冷轧钢板冷轧钢板和和热轧钢板热轧钢板。如。如钢板钢板0808、2020、2525和和16Mn16Mn等。等。1 1 花键端花键端2 2 花键与杆部相连部位花键与杆部相连部位3 3 凸缘于杆部相连部位凸缘于杆部相连部位l8.8.螺栓、铆钉等冷镦零件螺栓、铆钉等冷镦零件l9.9.汽车用塑料汽车用塑料 （1 1）汽车内饰用塑料）汽车内饰用塑料 （2 2）汽车用工程塑料）汽车用工程塑料 （3 3）汽车外装机结构件用纤维增

24、强塑料复合材料）汽车外装机结构件用纤维增强塑料复合材料l10.10.汽车用橡胶汽车用橡胶l11.11.汽车用陶瓷材料汽车用陶瓷材料 二、机床零件用材二、机床零件用材常用的机床零部件有机座、轴承、导轨、齿轮、弹簧、紧固件、常用的机床零部件有机座、轴承、导轨、齿轮、弹簧、紧固件、刀具等。刀具等。l1.1.机身、底座用材机身、底座用材首选材料当为灰铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可使用。首选材料当为灰铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可使用。HT150HT150、HT200HT200，HT250HT250，HT300HT300，QT400-17QT400-17，QT600-2QT600-2等等。等等。l2.2.齿

25、轮用材齿轮用材HT150HT150、HT200HT200，HT250HT250，HT300HT300，Q235Q235，Q255Q255，20Cr20Cr，40Cr40Cr等等，等等，根据不同用途选用不同材料。根据不同用途选用不同材料。l3.3.轴类零件用材轴类零件用材曲轴和主轴常用曲轴和主轴常用QT600-2QT600-2、KTZ600-3KTZ600-3,不重要或受力较小的轴不重要或受力较小的轴可用可用Q235Q235、Q255Q255等，承受大载荷的轴类可用等，承受大载荷的轴类可用40Cr40Cr或或20Cr20Cr。l4.4.螺纹联接件用材螺纹联接件用材无特殊要求的螺纹常用无特殊要求的

26、螺纹常用Q235、Q255、Q275制造；中等载荷及精制造；中等载荷及精密螺纹常用密螺纹常用35钢、钢、45钢钢；重载荷及极重要的螺纹用；重载荷及极重要的螺纹用40Cr、40CrV。l5.5.螺旋传动件用材螺旋传动件用材通常不进行热处理的螺旋传动件用通常不进行热处理的螺旋传动件用4545钢、钢、5050钢钢；进行热处理的螺；进行热处理的螺旋传动件用旋传动件用T10T10、65Mn65Mn、40Cr40Cr等。等。l6.6.蜗轮传动用材蜗轮传动用材蜗轮用材：蜗轮用材：HT200HT200、HT150HT150、HT250HT250等；蜗杆用材：等；蜗杆用材：1515钢、钢、2020钢、钢、15C

27、r15Cr、20Cr20Cr、4545钢、钢、40Cr40Cr，低速传动的蜗杆也可用，低速传动的蜗杆也可用Q275Q275。l7.7.滑动轴承用材滑动轴承用材滑动轴承材料应具有优异的减磨性、耐磨性、抗胶合能力和足够滑动轴承材料应具有优异的减磨性、耐磨性、抗胶合能力和足够的冲击韧性及抗压、疲劳强度。轴承材料可分为：的冲击韧性及抗压、疲劳强度。轴承材料可分为：（1 1）金属材料）金属材料 包括巴士合金、铜基轴承合金和铸铁包括巴士合金、铜基轴承合金和铸铁（2 2）粉末冶金材料）粉末冶金材料 （3 3）塑料轴承材料）塑料轴承材料（4 4）橡胶轴承）橡胶轴承l8.8.滚动轴承用材滚动轴承用材一般用一般用

28、GCr9GCr9、GCr15GCr15、GCR15SiMnGCR15SiMn、GSiMnVGSiMnV等制造。等制造。l9.9.机床其它零件用材机床其它零件用材（1 1）凸轮用材）凸轮用材 4545钢钢（2 2）刀具用材）刀具用材 工具钢、高速钢和硬质合金钢工具钢、高速钢和硬质合金钢（3 3）其它用材）其它用材 灵活选用灵活选用三、仪器仪表用用材三、仪器仪表用用材仪器仪表用材包括结构钢、有色金属和工程塑料等多种，一般仪器仪表用材包括结构钢、有色金属和工程塑料等多种，一般应具有良好的切削性能。应具有良好的切削性能。1.1.壳体材料壳体材料（1 1）金属材料）金属材料 Q195Q195、Q235Q

29、235，1Cr131Cr13，1Cr13Ni9Ti1Cr13Ni9Ti（2 2）非金属材料）非金属材料 工程塑料、复合材料工程塑料、复合材料2.2.轴类零件用材轴类零件用材Q235Q235、2A122A12（LY12LY12）、）、2A112A11（LY11LY11）、）、HMn58-2HMn58-2等。等。3.3.凸轮用材凸轮用材中碳钢或中碳合金钢中碳钢或中碳合金钢 4545钢，钢，40Cr40Cr4.4.齿轮用材齿轮用材 仪器仪表中的齿轮用材广泛，有钢、铜、塑料、仪器仪表中的齿轮用材广泛，有钢、铜、塑料、复合材料等。复合材料等。5.5.蜗轮、蜗杆用材蜗轮、蜗杆用材 仪器仪表中常用铜合金制造

30、蜗轮蜗杆。仪器仪表中常用铜合金制造蜗轮蜗杆。四、热能设备用材四、热能设备用材热能设备很多，主要包括锅炉、汽轮机、电机等。这些设备多在热能设备很多，主要包括锅炉、汽轮机、电机等。这些设备多在高温、高压和腐蚀介质作用下长期运行，对所用材料要求很高。高温、高压和腐蚀介质作用下长期运行，对所用材料要求很高。(一一一一)锅炉主要设备用钢锅炉主要设备用钢锅炉主要设备用钢锅炉主要设备用钢1.1.锅炉管道用钢锅炉管道用钢（1 1）对管道用钢提出如下要求）对管道用钢提出如下要求1 1）足够高的蠕变极限和持久强度）足够高的蠕变极限和持久强度2 2）高的抗氧化性和耐腐蚀性能）高的抗氧化性和耐腐蚀性能3 3）良好的组

31、织稳定性）良好的组织稳定性4 4）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）锅炉管道用钢的选择）锅炉管道用钢的选择1 1）壁温）壁温500500的过热器管和壁温的过热器管和壁温450 的蒸汽管道。的蒸汽管道。20钢钢2）壁温）壁温550 的过热器管和壁温的过热器管和壁温 510 的蒸汽管道。的蒸汽管道。15CrMo3）壁温）壁温580 的过热器管和壁温的过热器管和壁温 540 的蒸汽管道。的蒸汽管道。12CrMo4）壁温）壁温(620650)的过热器管和壁温的过热器管和壁温(550570)的蒸汽的蒸汽管道。管道。12Cr2MoWVB5）壁温）壁温(6006

32、50)的过热器管和壁温的过热器管和壁温(550600)的蒸汽的蒸汽管道。管道。F11，F12，HT9等等2.2.锅炉汽包用钢锅炉汽包用钢（1 1）对锅炉汽包用钢的要求）对锅炉汽包用钢的要求1 1）较高的常温和中温强度）较高的常温和中温强度2 2）良好的塑性）良好的塑性3 3）较低的缺口敏感性。）较低的缺口敏感性。4 4）气孔、疏松、非金属夹杂等缺陷尽可能少。）气孔、疏松、非金属夹杂等缺陷尽可能少。5 5）良好的焊接性能等加工工艺性能。）良好的焊接性能等加工工艺性能。（2 2）锅炉汽包用钢的选择）锅炉汽包用钢的选择低压锅炉汽包用钢为低压锅炉汽包用钢为12Mng12Mng、16Mng16Mng和和

33、15MnVg15MnVg等普通低合金等普通低合金钢板。钢板。(二二)汽轮机主要零部件用钢汽轮机主要零部件用钢汽轮机主要零部件包括汽轮机叶片、汽轮机转子和汽轮机静子等汽轮机主要零部件包括汽轮机叶片、汽轮机转子和汽轮机静子等1.1.汽轮机叶片汽轮机叶片（1 1）对叶片材料的严格要求）对叶片材料的严格要求1 1）足够的室温和高温力学性能）足够的室温和高温力学性能2 2）良好的减震性）良好的减震性 3 3）高的组织稳定性）高的组织稳定性4 4）良好的耐蚀性及抗冲蚀稳定性）良好的耐蚀性及抗冲蚀稳定性5 5）良好的冷、热加工工艺性能）良好的冷、热加工工艺性能（2 2）汽轮机叶片材料的选择）汽轮机叶片材料的

34、选择主要有三种主要有三种1 1）铬不锈钢（）铬不锈钢（1Cr131Cr13和和2Cr132Cr13）2 2）强化型铬不锈钢。）强化型铬不锈钢。在在1Cr131Cr13和和2Cr132Cr13基础上加入基础上加入MoMo、WW、V V、NbNb、B B等元素；等元素；3 3）铬铬镍不锈钢，镍不锈钢，Cr17Ni13WCr17Ni13W、Cr14Ni18W2NbBCeCr14Ni18W2NbBCe2.2.汽轮机转子汽轮机转子汽轮机转子是汽轮机的心脏，其工作条件十分恶劣。主轴工作时汽轮机转子是汽轮机的心脏，其工作条件十分恶劣。主轴工作时承受扭转应力、弯曲应力和热应力，以及震动产生的附加应力和承受扭转

35、应力、弯曲应力和热应力，以及震动产生的附加应力和发电机短路时产生的巨大扭转应力和冲击载荷的共同作用。发电机短路时产生的巨大扭转应力和冲击载荷的共同作用。（1）对制造转子的材料的要求有：）对制造转子的材料的要求有：l1）良好的综合力学性能。）良好的综合力学性能。l2）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蚀的能力l3）不允许存在白点、内裂、缩孔、大块非金属夹杂物或密集性）不允许存在白点、内裂、缩孔、大块非金属夹杂物或密集性 细小夹杂物等缺陷。细小夹杂物等缺陷。l4）有良好的淬透性、焊接性等工艺性能。）有良好的淬透性、焊接性等工艺性能。（2 2）针对上述要求，转子用钢选择）针对上述

36、要求，转子用钢选择l叶轮、主轴和转子的材料是按不同的强度级别选用的，但它们叶轮、主轴和转子的材料是按不同的强度级别选用的，但它们都属于中碳钢和中碳合金钢。只有制作焊接转子时，为了保证材都属于中碳钢和中碳合金钢。只有制作焊接转子时，为了保证材料的焊接性才适当降低碳含量（例如料的焊接性才适当降低碳含量（例如选用选用17CrMo1V17CrMo1V钢钢）.l3.3.汽轮机静子汽轮机静子汽轮机静子部件是在高温、高压或一定的温差、压差作用下长期汽轮机静子部件是在高温、高压或一定的温差、压差作用下长期工作的。静子部件在机组运行时将承受蒸汽的内压力、转子质量工作的。静子部件在机组运行时将承受蒸汽的内压力、转

37、子质量所引起的静应力、由于温差所产生的热应力，以及由于变化的热所引起的静应力、由于温差所产生的热应力，以及由于变化的热应力所引起的热疲劳作用。因此，对静子材料提出以下要求：应力所引起的热疲劳作用。因此，对静子材料提出以下要求：l1 1）足够高的室温力学性能和较好的热强性。）足够高的室温力学性能和较好的热强性。l2 2）具有一定的抗氧化性和抗腐蚀性，良好的热疲劳性能和组织）具有一定的抗氧化性和抗腐蚀性，良好的热疲劳性能和组织 稳定性。稳定性。l3 3）具有尽可能好的铸造性能和焊接性能。）具有尽可能好的铸造性能和焊接性能。五、化工设备用材五、化工设备用材 （一）低合金钢（一）低合金钢1.1.压力容

38、器用低合金结构钢压力容器用低合金结构钢常用的是低合金结构钢。要求强度、塑性和焊接性能。常用钢种常用的是低合金结构钢。要求强度、塑性和焊接性能。常用钢种16MnR16MnR、15MnVR15MnVR和和18MnMoNbR18MnMoNbR。2.2.不锈钢不锈钢化工设备对材料耐蚀性能有较高的要求，因此广泛的利用各种不化工设备对材料耐蚀性能有较高的要求，因此广泛的利用各种不锈钢制造。锈钢制造。（1 1）铬不锈钢）铬不锈钢1Cr131Cr13、2Cr132Cr13等钢种有良好的耐蚀性，等钢种有良好的耐蚀性，0Cr130Cr13、0Cr17Ti0Cr17Ti有良有良好的塑性。好的塑性。（2 2）铬镍不锈

39、钢）铬镍不锈钢由耐蚀要求的压力容器常用铬镍不锈钢，主要牌号有由耐蚀要求的压力容器常用铬镍不锈钢，主要牌号有1Cr18Ni91Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni11Ti和和0Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2等。等。3.3.耐热钢耐热钢有些化工设备是在有些化工设备是在650650以上的高温环境工作。在这样高的温度以上的高温环境工作。在这样高的温度下，一般碳钢抗氧化腐蚀性能和强度变得很差而无法使用，此时下，一般碳钢抗氧化腐蚀性能和强度变得很差而无法使用，此时必须采用耐热钢。主要牌号有：必须采用耐热钢。主要牌号有：1Cr13Si31Cr13Si3、1Cr13Ni31Cr

40、13Ni3、1Cr25Ni20Si21Cr25Ni20Si2等。等。4.4.其它类型的特殊性能钢其它类型的特殊性能钢（1 1）低温钢）低温钢在化工生产中，会用到零件必须采用能承受低温的金属材料制造。在化工生产中，会用到零件必须采用能承受低温的金属材料制造。主要牌号有：主要牌号有：16MnDR16MnDR、09Mn2VDR09Mn2VDR、09MnTiCuREDR09MnTiCuREDR。（2 2）抗氢腐蚀钢）抗氢腐蚀钢我国目前生产的抗氢钢种有：我国目前生产的抗氢钢种有：15CrMo15CrMo、20CrMo20CrMo、12Cr3MoA12Cr3MoA、15MnV15MnV、10MoVWNb1

41、0MoVWNb。（3 3）抗氮腐蚀钢）抗氮腐蚀钢1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较强的抗氮化腐蚀能力，故常用制造氨合不锈钢具有较强的抗氮化腐蚀能力，故常用制造氨合成塔的内件。成塔的内件。(二二)有色金属及其合金有色金属及其合金l1.1.铜及其合金铜及其合金铜耐蚀性好，除了各种浓度的硝酸、氨和胺盐溶液。黄铜可作深铜耐蚀性好，除了各种浓度的硝酸、氨和胺盐溶液。黄铜可作深冷设备的筒体、管板、法兰和螺母等。锡青铜主要来制造耐蚀和冷设备的筒体、管板、法兰和螺母等。锡青铜主要来制造耐蚀和耐磨零件。耐磨零件。l2.2.铝及其合金铝及其合金工业纯铝广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、橡胶硫化和

42、含硫工业纯铝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。防锈铝可用作空气分离的蒸馏塔、热交的药剂等生产所用设备。防锈铝可用作空气分离的蒸馏塔、热交换器等。铸铝可制造形状复杂的耐蚀零件。换器等。铸铝可制造形状复杂的耐蚀零件。l3.3.铅及其合金铅及其合金铅在许多物质中，特别是在热硫酸和冷硫酸中具有较高耐蚀性。铅在许多物质中，特别是在热硫酸和冷硫酸中具有较高耐蚀性。由于其强度、硬度低，主要用来做设备衬里。由于其强度、硬度低，主要用来做设备衬里。l4.4.镍及其合金镍及其合金 镍在碱类物质中具有良好的耐蚀性。镍在碱类物质中具有良好的耐蚀性。（三）非金属材料（三）非金属材料（

43、三）非金属材料（三）非金属材料1.1.无机非金属材料无机非金属材料（1 1）化工陶瓷）化工陶瓷主要用于制作塔、泵、管道、耐酸瓷砖和设备衬里。主要用于制作塔、泵、管道、耐酸瓷砖和设备衬里。（2 2）玻璃）玻璃 制作管道、离心泵、热交换器、精馏塔等设备。制作管道、离心泵、热交换器、精馏塔等设备。（3 3）天然耐酸材料）天然耐酸材料 可制造衬砌设备、设备密封圈、填料。可制造衬砌设备、设备密封圈、填料。2.2.有机非金属材料有机非金属材料（1 1）工程塑料）工程塑料 工程塑料品种很多，在化工生产中应用很广泛。工程塑料品种很多，在化工生产中应用很广泛。（2 2）不锈钢石墨）不锈钢石墨 可制造换热设备。可

44、制造换热设备。六、航空航天器用材六、航空航天器用材l1.1.中碳调质钢中碳调质钢（1 1）Cr-Cr-Mn-SiMn-Si钢钢 其中其中30CrMnSi30CrMnSi是最典型的钢种。是最典型的钢种。（2 2）Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo钢钢 主要用于高负荷、大截面的轴类及承受冲击载主要用于高负荷、大截面的轴类及承受冲击载荷的截面。荷的截面。（3 3）超高强度钢）超高强度钢 该钢可作超音速喷气机体材料。该钢可作超音速喷气机体材料。l2.2.高合金耐热钢高合金耐热钢可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、弥散强化性四种，用于可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、弥散强化性四种，用于制造涡轮泵及火箭

45、发动机、航空发动机转子和其他零件。制造涡轮泵及火箭发动机、航空发动机转子和其他零件。l3.3.高温合金高温合金高温合金是指在高温下有较高力学性能、抗氧化和抗腐蚀性能的高温合金是指在高温下有较高力学性能、抗氧化和抗腐蚀性能的合金。按基体可分为镍基、铁基、钴基。合金。按基体可分为镍基、铁基、钴基。l4.4.镍基耐蚀合金镍基耐蚀合金 用于耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等腐蚀环境中的理想材料。用于耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等腐蚀环境中的理想材料。l5.5.铝及其合金铝及其合金铝及其铝合金具有良好的耐蚀性，较高的比强度、导电性及导热铝及其铝合金具有良好的耐蚀性，较高的比强度、导电性及导热性等优点

46、，在航空航天工业中已大量应用。性等优点，在航空航天工业中已大量应用。（1 1）变形铝合金）变形铝合金 5A055A05、5A115A11用于焊接油箱、油管等。用于焊接油箱、油管等。2A012A01可制造工作温度不超过可制造工作温度不超过100100的结构用中等强度铆钉。的结构用中等强度铆钉。2A14用用于制造承受载荷的锻件和模锻件等等。于制造承受载荷的锻件和模锻件等等。（2 2）铸造铝合金）铸造铝合金 ZL101ZL101可制造发动机匣、气缸体等，可制造发动机匣、气缸体等，ZL109ZL109制造制造 较高温度下工作的零件如活塞等。较高温度下工作的零件如活塞等。ZL401ZL401适宜压力铸造

47、制适宜压力铸造制造工作温度不超过造工作温度不超过200 200、结构形状复杂的飞机零件。、结构形状复杂的飞机零件。l6.6.镁合金镁合金 镁合金以其镁合金以其密度小质量轻密度小质量轻而在航空航天工业中得到非常广泛的应而在航空航天工业中得到非常广泛的应用。用。l7.7.钛及其合金钛及其合金 钛及其合金的最大优点是比强度大，钛合金的比强度超过铝合钛及其合金的最大优点是比强度大，钛合金的比强度超过铝合金和超高强度中碳调质钢。目前近一半的钛合金应用于航空航金和超高强度中碳调质钢。目前近一半的钛合金应用于航空航天领域。主要用于制造质量轻、可靠性强的结构，如发动机支天领域。主要用于制造质量轻、可靠性强的结构，如发动机支架、发动机匣、压气机盘、叶片、外涵道等。架、发动机匣、压气机盘、叶片、外涵道等。l8.8.钨、钼、铌及其合金钨、钼、铌及其合金钨、钼及其合金在航天工业中可作火箭发动机喷管材料。铌及钨、钼及其合金在航天工业中可作火箭发动机喷管材料。铌及其合金可作航天方面优选的热防护材料和结构材料。其合金可作航天方面优选的热防护材料和结构材料。l9.9.复合材料复合材料广泛应用于直升机飞机机身、机翼及各种航天器内置结构件，广泛应用于直升机飞机机身、机翼及各种航天器内置结构件，如仪表盘、底盘、仪器壳体等。如仪表盘、底盘、仪器壳体等。