1、第十章第十章 轮机主要零件的材料及热处理轮机主要零件的材料及热处理第一节第一节 曲轴曲轴第二节第二节 连杆连杆第三节第三节 气缸套气缸套第四节第四节 活塞活塞第五节第五节 活塞销活塞销第六节第六节 活塞环活塞环第七节第七节 气阀气阀第八节第八节 精密偶件精密偶件第九节第九节 螺旋桨螺旋桨第十节第十节 重要螺栓重要螺栓第十一节第十一节 涡轮叶片涡轮叶片第一节第一节 曲轴曲轴一、工作条件一、工作条件受交变载荷、弯矩和扭矩的作用；横截面变化处有较大的集受交变载荷、弯矩和扭矩的作用；横截面变化处有较大的集中应力。中应力。二、材料二、材料对曲轴的性能要求：对曲轴的性能要求：1 1、良好的综合机械性能、良
2、好的综合机械性能2 2、足够的疲劳强度、足够的疲劳强度3 3、优良的耐磨性、优良的耐磨性1 1、低速柴油机：、低速柴油机：主轴颈：主轴颈：中碳优质碳素结构钢（中碳优质碳素结构钢（3030、4040、4545号钢）号钢）曲柄：曲柄：铸钢（铸钢（ZG270-450ZG270-450、ZG310-570ZG310-570、ZG25MnVZG25MnV等）等）三、热处理三、热处理 碳钢曲轴：退火，粗加工后正火碳钢曲轴：退火，粗加工后正火 合金钢曲轴：退火，粗加工后调质合金钢曲轴：退火，粗加工后调质 铸钢曲柄：两次正火和回火铸钢曲柄：两次正火和回火 高温扩散退火正火回火高温扩散退火正火回火 球墨铸铁曲轴
3、：正火；颈轴表面高频淬火球墨铸铁曲轴：正火；颈轴表面高频淬火1 1、常见热处理：、常见热处理：2 2、表面强化处理、表面强化处理 氮化处理氮化处理 喷丸、滚压强化喷丸、滚压强化2 2、中高速柴油机、中高速柴油机 中碳优质碳素结构钢或合金调质钢，或球墨铸铁中碳优质碳素结构钢或合金调质钢，或球墨铸铁第二节第二节 连杆连杆一、工作条件一、工作条件承受周期变化的气体力和惯性力的作用，内部产生很大交变拉、承受周期变化的气体力和惯性力的作用，内部产生很大交变拉、压应力和弯曲应力；大、小端受到摩擦和磨损。压应力和弯曲应力；大、小端受到摩擦和磨损。二、材料二、材料1 1、低、中速：、低、中速：3030、404
4、0、4545号中碳优质碳素结构钢，号中碳优质碳素结构钢，45Cr 45Cr、35CrMo35CrMo等合金钢等合金钢2 2、高速：、高速：40Cr40Cr、35CrMo35CrMo、42CrMo42CrMo等合金钢等合金钢三、热处理三、热处理1 1、低速、低速正火正火2 2、中、高速：中碳钢、中、高速：中碳钢调质或正火调质或正火 合金钢合金钢调质调质性能要求：综合机械性能性能要求：综合机械性能第三节第三节 气缸套气缸套一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件、工作条件 内表面：高温高压燃气；强烈摩擦；燃气腐蚀内表面：高温高压燃气；强烈摩擦；燃气腐蚀 外表面：冷却水的冷却和腐
5、蚀、穴蚀；热应力外表面：冷却水的冷却和腐蚀、穴蚀；热应力2 2、要求、要求 较高强度、刚度较高强度、刚度 良好的耐磨性、耐蚀性和导热性良好的耐磨性、耐蚀性和导热性三、热处理三、热处理表面强化（表面淬火、表面化学热处理（氮化）；松孔镀铬表面强化（表面淬火、表面化学热处理（氮化）；松孔镀铬1 1、低速、一般中高速：灰口铸铁、低速、一般中高速：灰口铸铁HT250HT250等，高磷铸铁、钒钛铸铁等，高磷铸铁、钒钛铸铁2 2、中高速强载：硼合金铸铁或球铁、中高速强载：硼合金铸铁或球铁二、材料二、材料第四节第四节 活塞活塞一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件、工作条件2 2、要求、
6、要求 受高温高压燃气和往复惯性力作用受高温高压燃气和往复惯性力作用 摩擦和撞击摩擦和撞击 足够的强度、硬度，较高的疲劳强度和高温工作性能足够的强度、硬度，较高的疲劳强度和高温工作性能 优良的导热性，较小的膨胀系数优良的导热性，较小的膨胀系数 良好的耐磨性、耐蚀性良好的耐磨性、耐蚀性 较小的比重以减小往复惯性力较小的比重以减小往复惯性力三、热处理三、热处理1 1、铸铁：退火、铸铁：退火2 2、碳素铸钢、合金铸钢：退火，正火、碳素铸钢、合金铸钢：退火，正火3 3、铝合金：淬火、铝合金：淬火+时效处理时效处理1 1、低、中速：孕育铸铁、低、中速：孕育铸铁HT250HT250、HT300HT3002
7、2、大型低速、大型低速组合式：头部组合式：头部-铸钢或合金铸钢；裙部铸钢或合金铸钢；裙部-孕育铸铁孕育铸铁3 3、中、高速：铝合金、中、高速：铝合金4 4、高速强载：段铝合金、高速强载：段铝合金二、材料二、材料第五节第五节 活塞销活塞销一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件：、工作条件：2 2、要求：、要求：受气体力和往复惯性力周期性强烈冲击和弯曲作用；销座受气体力和往复惯性力周期性强烈冲击和弯曲作用；销座 受剪切作用受剪切作用 表面承受较大的摩擦磨损表面承受较大的摩擦磨损 足够的强度、刚度，表面有较高的硬度和耐磨性足够的强度、刚度，表面有较高的硬度和耐磨性 足够的冲击韧
8、性足够的冲击韧性 较高的疲劳强度较高的疲劳强度二、材料二、材料三、热处理：三、热处理：低碳钢低碳钢1515、2020号钢；合金渗碳钢号钢；合金渗碳钢15Cr15Cr、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等等渗碳淬火低温回火渗碳淬火低温回火第六节第六节 活塞环活塞环一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件：、工作条件：2 2、要求：、要求：受高温高压燃气作用受高温高压燃气作用 外圆表面和端面受到摩擦、磨损外圆表面和端面受到摩擦、磨损 足够的强度、硬度足够的强度、硬度低速：低速：HB180HB180220220；中高速：；中高速：HB190HB190230230
9、良好的耐磨性与磨合性良好的耐磨性与磨合性比气缸套高比气缸套高101020HBS20HBS 良好的耐热性与导热性良好的耐热性与导热性 良好的抗腐蚀性良好的抗腐蚀性二、材料二、材料三、热处理：三、热处理：1 1、铸铁（、铸铁（HT250HT250等；合金铸铁）等；合金铸铁）2 2、钢制刮油环、钢制刮油环高速大功率高速大功率镀铬；喷钼镀铬；喷钼第七节第七节 气阀气阀一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件：、工作条件：2 2、要求：、要求：承受较高热负荷承受较高热负荷 排气阀受到高温废气的冲刷与腐蚀排气阀受到高温废气的冲刷与腐蚀 受到高压燃气的交变载荷作用，关阀有撞击磨损，阀杆与
10、受到高压燃气的交变载荷作用，关阀有撞击磨损，阀杆与 导套间有磨损导套间有磨损 较高的高温机械性能较高的高温机械性能 高温抗腐蚀性能高温抗腐蚀性能 较高的耐磨性与抗冲击性能较高的耐磨性与抗冲击性能 导热性好，热膨胀系数小导热性好，热膨胀系数小二、材料二、材料三、热处理三、热处理 进气阀：进气阀：40Cr40Cr、35CrMo35CrMo、40CrNi40CrNi等合金调质钢等合金调质钢 或气阀钢或气阀钢4Cr9Si24Cr9Si2 排气阀：气阀钢排气阀：气阀钢4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni4W2Mo4Cr14Ni4W2Mo等等 4Cr9Si
11、24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo马氏体热强钢：退火马氏体热强钢：退火+调质调质 4Cr14Ni4W2Mo4Cr14Ni4W2Mo奥氏体热强钢：固溶处理奥氏体热强钢：固溶处理+时效处理时效处理第八节第八节 精密偶件精密偶件一、工作条件和性能要求一、工作条件和性能要求1 1、工作条件：、工作条件：2 2、要求：、要求：工作表面受到严重摩擦和磨损工作表面受到严重摩擦和磨损 受高压燃油的腐蚀和冲击作用受高压燃油的腐蚀和冲击作用 足够的强度和硬度足够的强度和硬度 较高的耐磨性和热硬性较高的耐磨性和热硬性 较高的疲劳强度和冲击韧性较高的疲劳强度和冲击韧性 线膨胀系数相同，金相组织
12、稳定线膨胀系数相同，金相组织稳定二、材料二、材料:三、热处理三、热处理 滚动轴承钢滚动轴承钢GCr15GCr15 低合金工具钢低合金工具钢CrWMnCrWMn 氮化钢氮化钢38CrMoAlA38CrMoAlA 高速钢高速钢W18Cr4VW18Cr4V GCr15GCr15：淬火冷处理低温回火：淬火冷处理低温回火 CrWMnCrWMn：淬火冷处理低温回火：淬火冷处理低温回火 38CrMoAlA38CrMoAlA：氮化：氮化 W18Cr4VW18Cr4V：油淬三次以上回火：油淬三次以上回火第九节第九节 螺旋桨螺旋桨二、工作条件二、工作条件承受来自主机的巨大扭矩，与水作用产生轴向推力；承受来自主机的
13、巨大扭矩，与水作用产生轴向推力；受到海水或河水的冲刷和腐蚀受到海水或河水的冲刷和腐蚀要求：要求：较高的强度、塑性和冲击韧性较高的强度、塑性和冲击韧性 良好的抗穴蚀和抗电化学腐蚀的能力良好的抗穴蚀和抗电化学腐蚀的能力 良好的铸造性和机械加工性能良好的铸造性和机械加工性能一、概述一、概述由桨叶和浆毂组成，一般由桨叶和浆毂组成，一般3 36 6个桨叶。个桨叶。中小型：中小型：3 34 4个；大型：个；大型：4 45 5个。个。直径：一般直径：一般8008006000mm6000mm；大型：；大型：9m9m三、材料三、材料1 1、锰黄铜：、锰黄铜：+Fe+Fe大型海船和军舰大型海船和军舰2 2、铝青铜
14、：、铝青铜：ZQAl12-8-3-2ZQAl12-8-3-2等等大型高速海船和军舰大型高速海船和军舰3 3、铸铁：、铸铁：HT250HT250、HT300HT300；球墨铸铁；球墨铸铁内河船舶内河船舶4 4、铸钢：、铸钢：ZG230-450ZG230-450冰区和内河船舶冰区和内河船舶5 5、非金属材料：尼龙、玻璃钢、非金属材料：尼龙、玻璃钢小船上小船上四、螺旋桨轴（尾轴）轴套四、螺旋桨轴（尾轴）轴套1 1、材料、材料 大型海船：锡青铜大型海船：锡青铜ZQSn10-2ZQSn10-2（ZnZn：改善铸造性和提高强度）：改善铸造性和提高强度）内河小船：锰黄铜内河小船：锰黄铜ZHMn58-2ZHM
15、n58-2（MnMn：提高强度和在海水、氯化：提高强度和在海水、氯化物及过热蒸汽中的耐蚀性和耐热性）物及过热蒸汽中的耐蚀性和耐热性）2 2、尾轴轴套的检验、尾轴轴套的检验 尾轴轴套毛坯铸件材料的化学分析和拉力试验；尾轴轴套毛坯铸件材料的化学分析和拉力试验；外观检验。不允许有裂纹、密集气孔、疏松和砂眼等缺陷；外观检验。不允许有裂纹、密集气孔、疏松和砂眼等缺陷；铜套粗加工后，套装在尾轴上之前，进行水压试验：压力为铜套粗加工后，套装在尾轴上之前，进行水压试验：压力为0.1MPa0.1MPa，5min5min内不得渗漏；内不得渗漏；尾轴铜套套装加热温度不大于尾轴铜套套装加热温度不大于320320，装于
16、尾轴后应检查其，装于尾轴后应检查其严密性。尾轴铜套厚度依下表计算。严密性。尾轴铜套厚度依下表计算。分类分类新制铜套最小新制铜套最小厚度厚度尾轴非工作尾轴非工作轴颈部位轴颈部位光车修理后铜光车修理后铜套厚度套厚度铜套极限厚度铜套极限厚度计算式计算式t0.03d+7.5t0.03d+7.5t t0 00.75t0.75tt t1 10.02d+50.02d+5t ti i=0.015d+3.5=0.015d+3.5dd尾轴直径（尾轴直径（mmmm）一、工作条件一、工作条件承受拉力、惯性力、冲击力、振动等周期性作用承受拉力、惯性力、冲击力、振动等周期性作用要求：要求：足够的强度和疲劳强度，适当的硬度
17、足够的强度和疲劳强度，适当的硬度 良好的韧性和塑性，切削加工性良好的韧性和塑性，切削加工性 高淬透性和低敏感性高淬透性和低敏感性二、材料二、材料中碳钢、中碳调质钢（中碳钢、中碳调质钢（40Cr40Cr、35CrMoA35CrMoA、40CrNi40CrNi、4545号钢等）号钢等）三、热处理三、热处理 调质处理调质处理（大型低速的连杆螺栓和贯穿螺栓（大型低速的连杆螺栓和贯穿螺栓允许正火代替调质）允许正火代替调质）第十节第十节 重要螺栓重要螺栓一、工作条件一、工作条件在高温下承受很高的应力和高温燃气的强烈腐蚀作用在高温下承受很高的应力和高温燃气的强烈腐蚀作用要求：要求：较高的强度、蠕变强度和疲劳
18、强度较高的强度、蠕变强度和疲劳强度 较高的冲击韧性和耐蚀性较高的冲击韧性和耐蚀性 一定的塑性和良好的加工工艺性能一定的塑性和良好的加工工艺性能二、材料二、材料1Cr131Cr13马氏体不锈钢，马氏体不锈钢，5805804Cr14Ni14W2Mo4Cr14Ni14W2Mo奥氏体型热强钢，奥氏体型热强钢，750750第十一节第十一节 涡轮叶片涡轮叶片一、厚壁和薄壁轴瓦一、厚壁和薄壁轴瓦第十二节第十二节 滑动轴承滑动轴承1 1、瓦壳材料、瓦壳材料白合金白合金&铜铅合金：低碳钢、铸钢、铸造青铜（较少）铜铅合金：低碳钢、铸钢、铸造青铜（较少）铝合金：低碳钢铝合金：低碳钢2 2、轴承合金材料、轴承合金材料
19、白合金、铜铅合金、白合金、铜铅合金、2020高锡铝合金和铝锑镁合金等高锡铝合金和铝锑镁合金等二、整体衬套式轴承二、整体衬套式轴承1 1、瓦壳材料、瓦壳材料2 2、轴承合金材料、轴承合金材料铜衬套：铸造锡青铜；钢衬套：低碳钢铜衬套：铸造锡青铜；钢衬套：低碳钢铜铅合金或锡基巴氏合金，合金层厚度铜铅合金或锡基巴氏合金，合金层厚度0.40.41.0mm1.0mm第十三节第十三节 船舶管路船舶管路船舶管系：由管路、机械设备、检测仪表等构成船舶管路系统。船舶管系：由管路、机械设备、检测仪表等构成船舶管路系统。动力管系：为船舶动力装置中的主、辅机服务动力管系：为船舶动力装置中的主、辅机服务船舶系统：为保证船
20、舶安全和满足船员生活需要而设。船舶系统：为保证船舶安全和满足船员生活需要而设。动力管系：燃油管路、滑油管路、冷却水管路、压缩空气管路动力管系：燃油管路、滑油管路、冷却水管路、压缩空气管路 和排气管路。和排气管路。船舶系统：舱底水系统、压载水系统、消防系统、通风系统、供船舶系统：舱底水系统、压载水系统、消防系统、通风系统、供 水系统、制冷与空调系统、货油系统及辅助锅炉装置等。水系统、制冷与空调系统、货油系统及辅助锅炉装置等。一、管子的分类一、管子的分类1 1、按材料分、按材料分 碳素钢管、合金钢管、双金属管、紫铜管、黄铜管、铝碳素钢管、合金钢管、双金属管、紫铜管、黄铜管、铝管、铸铁管、塑料管等管
21、、铸铁管、塑料管等2 2、按制造方法分、按制造方法分 热轧钢管、冷拔钢管、对接焊接钢管、搭接焊接钢管、热轧钢管、冷拔钢管、对接焊接钢管、搭接焊接钢管、螺旋形焊接钢管等螺旋形焊接钢管等3 3、按结构分、按结构分 无缝管和焊接管（有缝管）无缝管和焊接管（有缝管）4 4、按用途分、按用途分 蒸汽管、水管、煤气管、电缆管等蒸汽管、水管、煤气管、电缆管等二、船用管子材料二、船用管子材料1 1、管路级别、管路级别按设计压力和设计温度不同，分为按设计压力和设计温度不同，分为级、级、级、级、级级2 2、船用管子材料的选用原则、船用管子材料的选用原则（1 1）级级级管系的管子应选用碳钢和碳锰钢的钢管级管系的管子
22、应选用碳钢和碳锰钢的钢管碳钢和碳锰钢钢管、阀件和附件一般不能用于流体温度碳钢和碳锰钢钢管、阀件和附件一般不能用于流体温度超过超过450450的管系。的管系。（2 2）铜管的使用温度一般不超过下列规定：）铜管的使用温度一般不超过下列规定：紫铜和铝黄铜：紫铜和铝黄铜：200200；铜镍合金：铜镍合金：300300；适用于高温用途的特殊青铜：适用于高温用途的特殊青铜：260260。（3 3）级级级管系的管子不得采用灰铸铁管级管系的管子不得采用灰铸铁管（4 4）铁素体球墨铸铁管可用于双层底舱和货油舱内的舱底、）铁素体球墨铸铁管可用于双层底舱和货油舱内的舱底、压载和货油管路，不得用于介质温度超过压载和货
23、油管路，不得用于介质温度超过350350的管路。的管路。（5 5）塑料管的最大允许工作压力，应不大于在其使用温度下）塑料管的最大允许工作压力，应不大于在其使用温度下爆破压力的爆破压力的1/51/5；使用塑料管一般介质温度不得高于；使用塑料管一般介质温度不得高于6060或低或低于于00。3 3、船用管子材料、船用管子材料 管子的液压试验管子的液压试验 装船前试验：所有装船前试验：所有级级级管系用管和设计压力大于级管系用管和设计压力大于0.34MPa0.34MPa的的蒸汽管、给水管、压缩空气管和燃油管连同附件，在制造完工后包蒸汽管、给水管、压缩空气管和燃油管连同附件，在制造完工后包扎绝热材料或涂上
24、涂层之前均应进行液压试验。试验压力不得低于扎绝热材料或涂上涂层之前均应进行液压试验。试验压力不得低于1.51.5倍设计压力。倍设计压力。装船后试验：燃油管系、油舱加热管系，通过双层底舱或深舱装船后试验：燃油管系、油舱加热管系，通过双层底舱或深舱 的舱底水管路以及液压管系应依下表进行液压试验。的舱底水管路以及液压管系应依下表进行液压试验。管系管系试验压力试验压力燃油管系燃油管系1.51.5倍设计压力，但不得小于倍设计压力，但不得小于0.4MPa0.4MPa油舱加热管系油舱加热管系通过双层底舱或深舱的通过双层底舱或深舱的舱底小管路舱底小管路不小于该舱的试验压力不小于该舱的试验压力液压管系液压管系1.251.25倍设计压力，但不必超过设计压倍设计压力，但不必超过设计压力加力加7MPa7MPa
