金属材料与热处理机械零件材料的选择典型零件的选材.doc

PAGE 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 金属材料与热处课程 典型零件的选材 主讲教师：李艳 西安航空职业技术学院 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 金属材料与热处理课程 典型零件的选材 一、柴油机曲轴的选材 图1 曲轴 柴油机曲轴是柴油机中重要的传动零件，其性能好坏直接影响到柴油机的质量和寿命。它在工作过程中，不仅受到很大的交变扭力、弯曲力、压力、离心力和拉力的共同作用，而且各轴颈在很高的比压下作高速旋状运动，使轴颈和轴承受到高强度的磨损作用。这就要求制造曲轴的材料必须具有足够的强度和刚度，高的疲劳强度、较强的轴颈表面耐磨性和良好的平衡性等特点。柴油机曲轴在使用过程中的主要失效方式有两种，分别是疲劳断裂和轴颈表面的严重磨损。因此，在选择柴油机曲轴材料时，首先要满足柴油机曲轴的力学性能的要求，它取决于柴油机设计的强度水平，其次要考虑曲轴的耐磨性及工艺性。常用曲轴材料有球墨铸铁和锻钢两大类。柴油机曲轴一般都是锻造的，选用优质碳钢（如优质45钢）和合金钢（40Cr、42CrMoA、48MnV等）制造柴油机曲轴较合理。 二、汽车发动机缸体的选材 图2 发动机缸体 汽车发动机缸体是发动机的心脏，其工作条件是活塞在汽车发动机缸体内高速往复运动，这就要求材料应具备高强度和刚度、良好的导热性、低的密度、良好的耐摩性和耐腐蚀性以及低的热膨胀系数。由于汽车发动机缸体形状很复杂且大批量生产，因此必须采用流动性好、凝固范围窄的合金进行铸造成形，因此选用灰口铸铁、蠕墨铸铁和铝合金制造汽车发动机缸体较合理。如一汽集团引进的德国道依茨发动机缸体和大马力的6DL 缸体等采用灰口铸铁HT300；奥迪V8、福特、现代、MAN、奔驰以及大众公司等采用蠕墨铸铁生产汽车发动机缸体，这是因为蠕墨铸铁具有高强度、良好的疲劳性能，利于薄壁化设计的优点，可承受更大的爆发压力，减少缸筒变形，功率提高10%~20%；选用铝合金制造乘用车缸体，明显减轻缸体重量，汽车能耗降低。 三、钢制压力容器的选材 图3 压力容器 钢制压力容器用途很广，工作条件差异很大，因此在钢制压力容器设计过程中正确地选择材料，是一件极为复杂而又特别重要的工作。在选择压力容器用钢材时，必须考虑容器的实际工作条件、加工工艺和经济合理性。而被选用钢材的质量和规格应尽最大可能符合我国国家标准、部颁标准或有关技术规定。目前绝大多数钢制压力容器主要受力部件(壳体、接管等)是用碳钢（如Q235A、16Mn钢、20钢、25钢、35钢和45钢等 ）、普通低合金钢（如16Mn、16MnR、12CrMo、14MnMoNb 、15CrMo、5MnMoV、20MnMo 等钢 ）或奥氏体不锈钢制造的。 四、复材件的选材 复材件是指由复合材料经加工而成的构件。 图4 飞机 1．复材件的选材原则 （1）设计选材应以满足结构完整性要求，低成本（经济性好）为基点。 （2）所选材料应满足结构使用环境要求，具有良好的耐环境性（韧性好、耐湿热等）。 （3）所选材料应满足结构特殊性能要求。 （4）所选材料应具有良好的工艺性即预浸料粘性适中、铺敷性好、加压带宽、固化温度低和室温使用寿命与贮存期长，以及机械加工性、可修理性良好等。 （5）具有与不同材料很好的匹配性。 （6）环境保护要求的投资费用少。 （7）优先选用已有使用经验的“老”材料，材料品种不宜多，供货渠道可靠、稳定，尽可能立足国内。 2．F／A—18舰载机蒙皮选材 表1 F／A—18舰载机蒙皮选材 零件 材料 性能 机翼蒙皮 AS4／350l—4碳／IF氧蒙皮 减重达20％，同时提高了机翼的疲劳强度和耐腐蚀性 部分机身蒙皮 碳／双马复合材料 减重、隐身、耐腐蚀