第九章船用其他工程材料.ppt

一 纯铝1 性能特点纯铝具有银白色金属光泽 密度小 2 72g cm3 熔点低 660 4 导电 导热性能优良 抗大气腐蚀性能好 易于加工成形 具有面心立方晶格 无同素异构转变 无磁性 第一节铝及铝合金 第九章船用其他工程材料 2 代号和牌号压力加工产品 铝材 的牌号有L1 L2 L7等 17序号越大 纯度越低 用于制作铝箔 导线及配制合金 冶炼产品 铝锭 的牌号有A 00 A 0 A 1 A 2 A 3 特一号铝 特二号铝 一号铝 二号铝 三号铝 二 铝合金分类及热处理强化具有高强度又保持纯铝的优良特性 铝合金常加入的元素主要有Cu Mn Si Mg Zn等 此外还有Cr Ni Ti Zr 稀土等辅加元素 1 铝合金的分类 按铝合金所处相图的位置分类 铝合金 形变铝合金 铸造铝合金 形变铝合金 相图中D点以左的部分 该类铝合金加热至固溶线FD以上时能形成单相 固溶体 塑性好 适用于压力加工成形 不能热处理强化的形变铝合金 相图中F点以左的部分 组织为单相固溶体 且其溶解度不随温度而变化 无法进行热处理强化 可热处理强化的形变铝合金 相图中F和D之间的形变铝合金 固溶体的溶解度随着温度而显著变化 可进行热处理强化 铸造铝合金 相图中D点以右的部分 有共晶铝合金 亚共晶铝合金和过共晶铝合金之分 固溶热处理 通过高温加热使铝合金中的强化相溶入基体 随后快冷以抑制强化相在冷却过程中重新析出 以获得铝基过饱和固溶体的过程 时效处理 过饱和固溶体在室温下放置一段时间或加热到一定温度保温一定时间后 基体中析出新相的过程 自然时效 过饱和固溶体在室温下放置一段时间的时效人工时效 过饱和固溶体加热到一定温度保温一定时间的时效 2 铝合金的时效强化 1 变形铝合金 防锈铝 LF硬铝 LY超硬铝 LC锻铝 LD代号 成分 性能见表9 1 三 常用铝合金 2 铸造铝合金 三 常用铝合金 铸造铝合金包括 Al Si系 代号为ZL1 两位合金顺序号Al Cu系 代号为ZL2 两位合金顺序号Al Mg系 代号为ZL3 两位合金顺序号Al Zn系 代号为ZL4 两位合金顺序号 四 船用铸造铝合金 Al Si系铸造铝合金又称硅铝明ZL102 ZAlSi12 是含12 Si的铝硅二元合金 称为简单硅铝明 用来制造机械性能不高但结构复杂的零件 手柄 罩壳等ZL108 ZL110称为特种硅铝明 主要用于中 高速柴油机 汽车和拖拉机的柴油机货代及其他在250 以下工作的零件 一 紫铜的性能特点纯铜呈紫红色 故又称紫铜其熔点为1083 密度为8 96g cm3具有面心立方晶格 无同素异构转变 无磁性 纯铜具有优良的导电性和导热性 在大气 淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性 塑性好 第二节铜和铜合金 一 紫铜 二 紫铜的牌号及应用纯度不同有四种产品 T1 T2 T3 T4 纯度由高到低 船舶动力装置的柴油机润滑油管 锅炉水管 蒸汽管和密封垫片等 紫铜的强度不适宜制造零件和构件 三 紫铜的热处理再结晶退火 消除冷加工硬化 最适合的退火温度为600 650 后水冷 一 黄铜 铜和锌合金 普通黄铜和特殊黄铜 二 白铜 铜和镍合金 三 青铜 除黄铜和白铜以外的铜合金 锡青铜和无锡青铜 二 铜合金的分三大类 一 黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜 1 普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜 1 普通黄铜的牌号为 H 黄 表示铜平均百分含量的数字 如H68 2 组织 性能和应用1 组织 工业生产中的黄铜Zn 47 Zn 39 锌溶于铜中 形成 固溶体 为单项黄铜 Zn在39 45 组织为 为两相黄铜2 性能普通黄铜的机械性能随含锌量变化Zn 强度塑性Zn 达到30 时塑性最大 达到45 时强度最高 单相黄铜塑性好 可冷 热加工两相黄铜高温下塑性好 可进行热加工 但温度低时性能变脆 不可进行冷加工 3 耐蚀性在大气 淡水 海水中耐蚀性良好 黄铜的腐蚀表现为脱锌和季裂 脱锌 黄铜制件在溶液中表面膜局部破坏后 锌被溶解 使零件表面形成多孔状的现象称为脱锌 措施 在铜中加入少量的砷或镁可防止脱锌 季裂 经冷加工的黄铜零件内存在残余应力 在潮湿的大气或海水中 特别是有氨的环境中 容易产生因应力腐蚀产生开裂的现象 实质都是电化学腐蚀 4 应用单相黄铜 常用牌号有H80 H70 H68 可以形变强化适于制造冷变形零件 如弹壳 冷凝器管等两相黄铜 常用牌号有H59 适于制造受力件 如垫圈 弹簧 导管 散热器等 2 特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Al Fe Si Mn Pb Sn Ni等元素形成特殊黄铜 1 特殊黄铜的牌号为 H 黄 主加元素符号 Zn除外 铜平均百分含量 主加元素平均百分含量 如HPb59 1 铸造黄铜在代号前加 Z 2 性能 特殊黄铜强度 耐蚀性比普通黄铜好 铸造性能改善 3 分类根据主加的元素不同可以分为 锡黄铜 提高在海洋大气 海水中抗蚀性 海洋黄铜 用于舰船 如HSn70 1 HSn62 1 锰黄铜 提高黄铜的强度和提高在海水 氯化物及过热蒸汽中的耐蚀性 如HMn58 2 用于制造螺旋桨的轴套 ZHMn55 3 1铸造黄铜加入1 的Fe 用以细化组织提高机械性能 制造螺旋桨 蒸汽泵活塞等 铝黄铜 提高强度 但塑性降低 提高耐蚀性 制造船用冷凝器管子管板等耐蚀零件 二 白铜以镍为主要合金元素的铜合金称白铜 分普通白铜和特殊白铜 普通白铜是Cu Ni二元合金 具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能 普通白铜牌号 B 镍的平均百分含量 如B5 常用牌号有B5 B19等 用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械 仪表零件及冷凝器 蒸馏器 热交换器等 白铜件 特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn Mn Al等元素形成的 分别称锌白铜 锰白铜 铝白铜等 其耐蚀性 强度和塑性高 成本低 常用牌号如BZn15 20 表示含15 Ni 20 的Zn的锌白铜 用于制造精密机械 仪表零件及医疗器械等 三 青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜 1 青铜的牌号为 Q 主加元素符号及其平均百分含量 其他元素平均百分含量如QPb30 含30 Pb 70 Cu 常用青铜有锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 铅青铜等 青铜制品 1 锡青铜是以锡为主加元素的铜合金 锡含量一般为3 14 性能 锡青铜铸造的优点是铸件收缩率小 适于铸造形状复杂 壁厚变化大的零件 锡青铜在大气 海水和碱性溶液中有良好耐蚀性 用于海上船舶 矿山机械零件 锡青铜合金元素Zn P Pb Ni可以进一步提高和改善锡青铜的性能 1 P 可提高耐磨性 流动性和脱氧等ZQSn10 1 含锡10 含磷1 含铜89 的铜锡合金 用于制造柴油机轴承 齿轮 涡轮等2 Zn 能够缩小结晶温度范围 改善铸造性 QSn4 3 常用作制造弹簧 等弹性零件和抗磁零件 3 Pb 用以提高耐磨性和改善切削加工性 2 无锡青铜 比锡青铜具有更高的机械性能 耐蚀性 耐磨性和耐热性 1 铝青铜以铝为主加元素的铜合金 铝含量为5 12 强度 硬度 耐磨性 耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜 铸造性能好 但焊接性能差 常用牌号有QAl5 QAl7 ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等 主要用于制造船舶 飞机及仪器中的高强 耐磨 耐蚀件 如齿轮 轴承 蜗轮 轴套 螺旋桨等 2 铍青铜以铍为主加元素的铜合金 铍含量为1 7 2 5 具有高的强度 弹性极限 耐磨性 耐蚀性 良好的导电性 导热性 冷热加工及铸造性能 但价格较贵 常用牌号有QBe2 QBe1 7 QBe1 9等 用于重要的弹性件 耐磨件 如精密弹簧 膜片 高速 高压轴承及防爆工具 航海罗盘等重要机件 铍青铜制品 一 滑动轴承轴瓦的结构形式1 滑动轴承概述 1 结构 第三节轴承合金 2 作用 支撑轴的作用 承受着轴与轴瓦相对运动产生的强烈摩擦并承受周的重量与外力的作用 2 轴瓦 1 由瓦壳和瓦衬 耐磨合金层 组成 2 在瓦壳上浇铸一层耐磨合金或直接把钢板与耐磨合金层轧制在一起或采用烧结方法制成 3 轴承合金 用来制造轴瓦耐磨合金层的材料 3 轴瓦的结构 形式 结构 1 整体衬套式轴瓦 钢壳和铅青铜耐磨合金 需从轴端安装和拆卸 可修复性差 多用于筒状活塞式柴油机连杆小端轴瓦和摇臂轴瓦 2 两半式轴瓦 厚壁轴瓦 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦 应用 中低速柴油机主轴承 曲柄销轴承和十字头轴承等 材料 瓦壳材料为低碳钢 耐磨合金为巴士合金 薄壁轴瓦 应用 中高速柴油机的轴承材料 瓦壳低碳钢 耐磨合金巴氏合金 铜基合金或铝及合金等 4 对轴承合金的要求 2 良好的亲油性 耐磨性和抗咬合性 5 具有合理的成分和合理的结构 1 足够的强度 疲劳强度 和硬度和足够的塑性和韧性 3 良好的耐腐蚀性 导热性和较小的膨胀系数 4 良好的工艺性 易于制造和加工 5 理想轴承合金的结构 在软基体上分着硬质点 巴士合金 或在硬基体上分布着软质点 铜基或铝基合金 二 轴承合金的种类 轴承合金 又称巴氏合金或白合金 由锡 Sn 铅 Pb 锑 Sb 铜 Cu 等组成 ZChSnSb11 6 Z铸 Ch承 基本元素Sn83 主加元素Sb11 附加Cu6 锡基巴氏合金 锡基体 软 少量的锑 铜铅基巴氏合金 铅基体 软 少量的铜 锡 1 锡基巴氏合金 1 组织结构 在软基体上分着硬质点 浇铸时有严重的比重偏析 加入6 Cu 消除此比重偏析 2 性能和用途 优点 摩擦系数小 耐磨性好 基体的塑性和韧性好 良好的导热性 抗蚀性和工艺性 缺点 疲劳强度低 随着温度升高强度下降 最高温度工作温度小于110 用途 船用中 低速柴油机主轴承 曲柄销轴承和十字头轴承 船舶中间轴承和尾轴承 2 铅基巴氏合金 不如锡基巴氏合金 1 组织结构 在软基体上分着硬质点 浇铸时也有比重偏析现象 加入2 Cu消除比重偏析现象 2 性能和用途 性能 抗压强度 耐磨性 嵌藏性 含锡量少 价格低 但其韧性和疲劳强度低 耐热性 耐腐蚀性较差 工作温度小于120 用途 中速 中等负荷 冲击作用不大的机器轴承 船舶辅机的压缩机 起活机 起锚机及船舶轴系的轴承上 3 铜基轴承合金 青铜基体 铅青铜 ZQPb30 在铜的硬基体上分布着粒状铅的软质点较高的疲劳强度和较大的承载能力 优良的导热性 较高的工作温度 250 有较低的摩擦系数和较高的耐磨性 但耐蚀性 磨合性 嵌藏性及抗咬合性均低于巴氏合金 适用于高载 高速及高冲击负荷 高速大功率柴油机的主轴承 连杆轴承 3 铜基轴承合金 青铜基体 锡青铜 磷锡青铜ZQSn10 1 高速 高载荷柴油机轴承 并常制成整体衬套式轴承 工作温度高 280 锌铅锡青铜ZQSn6 6 3和ZQSn5 5 5 制造中高载荷 中速柴油机的轴承和减速器 起重机及机床的轴承 工作温度280 4 铝基轴承合金 强度高 耐磨性 耐腐蚀和导热性好 铝锑镁轴承合金 3 5 5 5 锑 0 3 0 7 Mg 其余为铝的轴承合金 在铝的软基体上分布着AlSb的硬质点 高的疲劳强度和耐磨性 耐蚀性 但承载能力不强 适用于低速 中等负荷的轴承 如农机 拖拉机轴承 低锡铝合金 含Sn小于10 并含有Cu Mg Ni及大量的Al承载能力强 疲劳强度高 减摩性差用于中高速重载荷轴承 高锡铝合金 20高锡铝合金含有20 的Sn 1 的Cu 其余为Al的亚共晶合金 显微组织在铝的硬基体上均匀地分布着粒状锡的软质点 承载能力强 疲劳强度高 耐热性耐磨性和耐蚀性良好 切削加工性好和成本低 可代替巴氏合金等轴承 广泛用于高负荷的中高速船用柴油机主轴承和连杆轴承 也用于汽车 拖拉机轴承上 40高锡铝合金用于大型低速柴油机的十字头轴承上 第四节船用非金属材料 非金属材料在船舶领域的应用 制造船舶构件 零件 防腐等 非金属材料的分类 高分子材料 陶瓷材料 无机非金属材料 和复合材料 一 高分子材料 一 高分子材料的定义以高分子化合物为主要组成部分的材料 高分子化合物是指分子量很大 一般 5000 的有机化合物 也称为聚合物或高聚物 二 高分子材料主要优缺点 优点 塑性好 绝缘性好 耐蚀性强缺点 易蠕变 易老化 不耐热 三 高分子化合物分为 天然高分子化合物 松香 纤维素 蛋白质和天然橡胶等 人工合成高分子化合物 塑料 合成橡胶 合成纤维 胶粘剂等 工程上使用的高分子材料主要是合成的 1 塑料 是以合成树脂为主要成分 加入各种添加剂 在一定温度 压力下能加工塑制成型的材料 1 塑料的组成1 合成树脂 塑料的主要成分 塑料一般以所用的树脂命名 2 添加剂 为了改善塑料的某些性能而加入的物质 填料 增塑剂 固化剂 稳定剂 润滑剂 着色剂 其它 如阻燃剂等 将不同性能的塑料溶合一起制成塑料的合金如ABS塑料就是用甲苯乙烯 丁二烯和丙烯腈组成的三元合金 2 塑料的主要特性 1 优点 相对密度小 0 9 2 3耐蚀性好 塑料王之称的聚录乙烯 制造腐蚀条件下工作的零件和化工设备电绝缘性好 减摩耐磨性好 消音吸震性好 2 塑料的主要特性 2 缺点 刚度差 弹性模量只有钢铁材料的1 100 1 10 强度低 30 100MPa 耐热性低 100度以下使用 膨胀系数大 钢的10倍 导热系数小 金属的1 200 1 600 蠕变温度低 易老化 3 塑料的分类及常用塑料1 塑料的分类 1 按塑料的应用范围分 通用塑料 6大品种 占塑料总产量的3 4以上 大多用于生活用品 工程塑料 能作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料 其力学性能较高 如ABS塑料 2 按树脂的特性分为 热塑性塑料和热固性塑料2 常用塑料教材P180表9 69 7 4 工程塑料在船舶上的应制作船舶构件 如玻璃钢制造快艇等制作船机零件 如尼龙制作尾轴承等塑料用于防腐蚀 如螺旋桨等涂抹塑料防止桨叶的穴蚀和电化学腐蚀等 2 橡胶是人工合成的高分子化合物之一 是具有高弹性的高分子材料 1 橡胶制品的组成 1 生胶 未加配合剂的合成橡胶称为生胶 其性能随温度变化很大 2 配合剂 改善合成橡胶的性能 配合剂主要有 硫化剂 硫化催化剂 软化剂 增塑剂 填充剂 发泡剂等 3 增强材料 用于增加橡胶制品的强度并限制其变形 增强材料主要有 纤维织品 帆布 线绳及钢等 2 橡胶的特性 主要特性具有高弹性 较高的耐磨性 绝缘性 隔音性和阻尼性 一定强度和硬度 但易老化等 用于制造密封件 减震件 轮胎 电线和电缆的绝缘材料及生活用品等 3 常用橡胶及应用 1 橡胶分类 天然橡胶 由橡胶树上流出的乳胶加工而成 其综合性能是最好的 但来源有限 合成橡胶 种类很多 主要有7大品种 丁苯橡胶 顺丁橡胶 异戊橡胶 氯丁橡胶 丁基橡胶 乙丙橡胶和丁腈橡胶 产量最大的是 丁苯橡胶 占橡胶总产量的60 70 发展最快的是顺丁橡胶 特种橡胶 如硅橡胶 耐高温和低温 氟橡胶 耐腐蚀 常用橡胶的性能与用途 表9 8 P182 3 常用橡胶及应用 2 橡胶在船舶上的应用 二 合成纤维凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀或丝状的高分子材料均称为纤维 包括有天然纤维和化学纤维 1 天然纤维 直接从自然界获得 包括 矿物纤维 植物纤维 如棉 麻等 动物纤维 如丝 毛等 2 化学纤维 又分人造纤维和合成纤维 合成纤维一般强度高 比重小 耐磨 不霉不腐等 为纺织品的新型原料 用于服装原料 产量最多的有6大品种 涤纶 的确良 尼龙 锦纶 腈纶 人造毛 维纶 丙纶 氯纶 三 合成胶粘剂胶粘剂又称粘合剂 粘接剂 可分为 有机胶粘剂和无机胶粘剂 1 主要组成 基本材料和辅助材料 基本材料 树脂 橡胶等 辅助材料 固化剂 填料 增塑剂等 2 常用胶粘剂 1 环氧胶粘剂 万能胶 基料主要使用环氧树脂 2 改性酚醛胶粘剂 耐热 耐老化 粘接强度高 但脆性大 固化收缩率大等 3 聚氨酯胶粘剂 韧性好 可低温使用 不耐热 强度低 4 氰基丙烯酸酯胶 常温快速固化胶粘剂 又称 瞬干胶 耐热性差 5 厌氧胶 常温下有氧时不能固化 当排出氧气后能迅速固化的胶 主要用于螺纹的密封 堵塞铸件的砂眼和构件的细缝 6 无机胶粘剂 高温环境下使用 粘接强度高 但脆性大 4 胶粘剂在轮机工程中的应用 修复船机零件 裂纹与断裂的修复 用于主 辅机和轴系的安装工艺 螺旋桨与尾轴的装配 四 陶瓷材料 一 概述陶瓷是指金属材料和有机材料以外的固体材料 陶瓷已非指传统的陶器和瓷器 陶瓷的分类 无机玻璃 陶瓷和玻璃陶瓷 其中 陶瓷又分为传统陶瓷 普通陶瓷 特种陶瓷和金属陶瓷 二 陶瓷的结构特点1 晶相 1 硅酸盐结构 SiO4 2 氧化物结构 以离子键为主的晶体 3 非氧化物结构 碳化物 氮化物 硼化物等 2 玻璃相 20 40 粘结 填充晶体 提高致密度 较低烧成温度 加快烧成等 3 气相 气孔率 5 10 三 陶瓷的性能1 机械性能2