教学情境四 船机重要部件
学习与训练子目标
了解柴油机重要部件的工作条件及选材的要求
掌握船舶主要零件的工作条件、常用材料及热处理方法，是保证船舶动力装置中的各类机器、设备和系统正常工作的关键一环，对保证船舶机器长期安全可靠的运行及轮机员的日常检修、自修和监修也是非常必要的。
知识点一 曲 轴
一、曲轴的工作条件和对材料的要求
曲轴是柴油机的重要工作零件，其作用是汇集柴油机各缸所作的功，并以回转运动的方式传递出去。曲轴的质量决定了柴油机的工作可靠性。图10-2为曲轴结构的示意图。
图10-2 曲轴结构示意图
（一）曲轴的工作条件
（1）曲轴在工作中承受各缸周期性变化的气体力、往复惯性力和离心力等多种载荷的作用，由此在曲轴内部产生交变应力，引起弯曲、扭转变形和振动。
（2）曲轴形状复杂，在横截面变化处，如轴颈与曲柄臂连接处有较大的应力集中。
（二）对曲轴材料的要求
曲轴应具有良好的综合机械性能，即较高的强度、硬度与良好的塑性、韧性，足够的疲劳强度，优良的耐磨性。
二、曲轴的材料及热处理
（一）曲轴的材料
（1）船用大型低速柴油机大多采用半组合式曲轴，主轴颈常选用中碳优质碳素结构钢，如30、40、45号钢，曲柄臂常选用铸钢，如ZG270- 450、ZG310-570和ZG25MnV等。
（2）船用中高速柴油机采用整体式曲轴，常选用35、40、45、40Cr、45Cr、35CrMoA等中碳优质结构钢或合金调质钢，或选用球墨铸铁QT600-03、QT700-02等。
（二）曲轴的热处理
为满足曲轴的性能要求，使其具有良好的综合机械性能，制作曲轴时必须要进行热处理，以获得索氏体或回火索氏体组织。常用的热处理有以下几种：
（1）碳钢曲轴锻件应进行正火处理，粗加工后退火处理，其硬度为180～240HBS。
（2）合金钢曲轴锻件先进行退火处理，粗加工后进行调质处理，如果工作轴颈表面硬度要求较高，可采用表面淬火或氮化处理，曲轴过渡圆角处不硬化。
（3）铸钢曲柄需进行两次正火处理和回火处理，或高温扩散退火+正火处理+回火处理，粗加工后退火处理。
（4）球墨铸铁曲轴进行正火处理，粗加工后进行退火处理，硬度为220～290HBS。工作轴颈表面要求进行高频淬火满足高硬度。一般来说，碳钢曲轴由于淬透性差常用正火处理代替调质。正火还可消除组织缺陷和改善切削加工性能。
（5）合金钢的曲轴主要采用调质以获得回火索氏体，满足综合机械性能的要求。
国产各类柴油机的材料及热处理如表10-9所示。
表10-9 国产柴油机曲轴材料及热处理
（三）曲轴轴颈的表面强化处理
为提高曲轴轴颈的耐磨性和疲劳强度，可进行表面强化处理：
1. 氮化处理
常用方法有气体氮化、气体软氮化、离子氮化等。如软氮化可使碳钢曲轴弯曲疲劳强度提高60%～80%，合金钢曲轴提高20%～30%，球墨铸铁曲轴50%～70%。
2. 喷丸、滚压
这两种表面强化方法可提高曲轴疲劳强度。喷丸强化可使曲轴的弯曲疲劳强度提高15%～25%。曲轴圆角滚压强化可使曲轴弯曲疲劳强度提高20%～70%。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
曲轴
1. 曲轴、中间轴和汽轮机转子轴常选用＿＿。
A.20Cr B.40CrNi C.2Cr13 D.GCr15
2. 船舶柴油机曲轴常选用＿＿材料，然后进行调质处理或正火处理。
A.中碳钢 B.可锻铸铁 C.高碳钢 D.普通灰口铸铁
3. 关于曲轴的选材，下列叙述不正确的是＿＿。
A.对于碳钢曲轴锻件，为使其综合机械性能好，应进行正火
B.对于合金钢曲轴锻件，应进行调质处理
C.对于球墨铸铁曲轴，应进行正火
D.对于铸钢曲柄，应进行调质处理
4. 船舶柴油机曲轴常选用＿＿。
A.低碳钢 B.中碳钢 C.高碳钢 D.普通低合金钢
5. 柴油机曲轴可选用＿＿。
A.低碳钢 B.高碳钢 C.合金调质钢 D.滚珠轴承钢
6. 为了提高柴油机曲轴、连杆综合机械性能，一般先进行淬火，然后立即进行＿＿。
A.高温回火 B.中温回火 C.低温回火 D.等温回火
7. 对于碳钢曲轴锻件为使其综合机械性能好，应进行＿＿。
A.退火 B.正火
C.调质处理 D.淬火+低温回火
8. 对于合金钢曲轴锻件为使其综合机械性能好，应进行＿＿。
A.完全退火 B.低温退火 C.正火 D.调质处理
9. 对于球墨铸铁曲轴为使其综合机械性能好，应进行＿＿。
A.退火 B.低温退火 C.正火 D.调质处理
10. 船用大型低速柴油机曲轴大多采用半组合式，其主轴颈常选用＿＿。
A.优质碳素工具钢 B.优质碳素结构钢
C.灰口铸铁 D.合金铸铁
11.45号钢曲轴锻造毛坯进行正火处理是为了＿＿。
A.代替退火处理 B.代替调质处理 C.降低硬度便于加工 D.改善组织
12. 低速柴油机曲轴如采用碳钢锻件制造，须进行正火处理，粗加工后退火处理，其目的是＿＿。
A. 代替调质处理，消除加工应力 B. 消除网状渗碳体，降低硬度
C. 消除过热缺陷，消除加工硬化 D. 提高硬度，防止变形和开裂
13. 可用于生产曲轴的材料是＿＿。
Ⅰ. 45或40Cr；Ⅱ. QT700-02；Ⅲ. ZG270-500。
A. Ⅰ+Ⅱ B. Ⅱ+Ⅲ C. Ⅰ+Ⅲ D. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ
14. 船用柴油机曲轴常用的材料有＿＿。
Ⅰ. 灰口铸铁；Ⅱ. 球墨铸铁；Ⅲ. 可锻铸铁；Ⅳ. 中碳钢；Ⅴ. 合金渗碳钢；Ⅵ. 合金调质钢。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅴ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅵ
15. 为了提高柴油机连杆综合机械性能，一般先进行淬火，然后立即进行＿＿。
A. 高温回火 B. 中温回火 C. 低温回火 D. 回火
知识点二 连 杆
一、连杆的工作条件和对材料的要求
连杆是柴油机的重要工作零件。连杆的作用是把活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞上的气体力和惯性力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的回转运动。连杆分为无十字头式和十字头式两种，其中无十字头式连杆用于四冲程、高速筒形活塞式柴油机，十字头式连杆用于二冲程低速柴油机。连杆如图10-3所示。
图10-3 连杆
（一）连杆的工作条件
（1）柴油机运转时，连杆受到周期性变化的气体力和惯性力的作用，并受到强烈的冲击，使连杆内部产生很大的交变力，引起拉、压及弯曲变形。
（2）连杆大、小端轴承分别与曲柄销、活塞销产生相对运动，受到摩擦与磨损。
（二）对连杆材料的的要求
连杆材料应具有良好的综合机械性能，即有较高的强度、疲劳强度、冲击韧性及足够的刚度。
二、连杆的材料和热处理
（一）连杆材料
（1）船用大型低、中速柴油机连杆常选用35、40、45号碳钢和40Cr、35CrMo等合金钢。
（2）高速大功率柴油机多选用40Cr、35CrMo、42CrMo等合金钢。连杆毛坏锻造成型，小型高速柴油机连杆多采用模锻，大、中型柴油机连杆采用自由锻。
（二）热处理
（1）船用大型低速柴油机连杆由于转速低、交变应力频率低，对材料的疲劳强度要求不高，主要保证刚度，所以常选用中碳钢正火处理，粗加工后退火处理。
（2）中、高速柴油机连杆由于对疲劳强度要求较高，选用中碳钢时进行调质或正火处理；选用合金钢时进行调质处理。对于转速超过1 000r/min的高速柴油机连杆，为进一步提高材料的疲劳强度，应对连杆表面进行抛光、喷丸或其他表面强化处理。
国产各类柴油机连杆材料及热处理如表10-10所示。
表10-10 国产柴油机连杆材料及热处理
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
连杆
1. 连杆锻造成型后应采用＿＿。
A. 完全退火 B. 不完全退火 C. 再结晶退火 D. 低温退火
2. 连杆螺栓一般需要＿＿。
A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火 C. 淬火+高温回火 D. 正火
3. 连杆螺栓应选用的关键热处理工艺为＿＿。
A. 正火 B. 淬火+低温回火
C. 退火 D. 调质处理
4. 船用低速柴油机连杆选用中碳钢，其常用的热处理是＿＿。
A. 正火处理和粗加工后退火处理
B. 调质或正火处理
C. 粗加工后退火处理，再进行表面热处理强化
D. 渗碳后淬火，再低温回火
5. 用灰口铸铁生产气缸体，主要是利用其＿＿。
A. 耐磨性 B. 减摩性 C. 切削加工性 D. 流动性
知识点三 气 缸 套
一、气缸套的工作条件及对材料的要求
气缸套是柴油机燃烧室的组成零件之一，根据柴油机类型、结构的不同分为四冲程柴油机气缸套和二冲程柴油机气缸套，如图10-4所示。
图10-4 几种常见的气缸套
（一）气缸套的工作条件
气缸套的工作条件十分恶劣，是柴油机的易损件之一。
（1）气缸套内圆表面受到高温、高压燃气的作用，燃气的最高温度可达2 000℃，最高爆发压力可达6～17MPa，同时内圆表面还承受活塞组件的强烈摩擦和燃气的腐蚀。
（2）气缸套外表面直接或间接受到冷却水的冷却、腐蚀和穴蚀。
（3）气缸套因内、外温差可引起热应力，高压燃气等的作用引起相当大的机械应力。
（二）对气缸套材料的要求
气缸套材料应具有较高的强度、刚度，良好的耐磨性、耐蚀性和导热性。
二、气缸套材料及表面热处理
（一）气缸套材料
由于铸铁具有优良的耐磨性、铸造性和切削加工性，且价格低廉，所以目前除少数高速大功率轻型柴油机气缸套采用氮化钢38CrMoAlA外，一般均采用铸铁。
（1）大型低速柴油机和一般中、高速柴油机气缸套材料常选用灰口铸铁HT250、HT300和高磷铸铁、钒钛铸铁等。
（2）中、高速强载柴油机气缸套材料常选用含硼合金铸铁，或选用球铁，如QT600-3。
国产柴油机气缸套材料及热处理如表 10-11所示。
表10-11 国产柴油机气缸套材料及热处理
（二）气缸套表面处理
为了提高气缸套内圆表面的耐磨性和耐蚀性，应对气缸套内圆表面进行强化处理。
（1）表面强化：如表面淬火和表面化学热处理（氮化、离子轰击扩渗处理等） 。
（2）松孔镀铬：镀层具有硬度高、摩擦系数小和耐磨性、耐蚀性好的特点。镀铬缸套与铸铁活塞环配合具有良好的摩擦性能，可使磨损显著降低，但镀铬缸套与镀铬活塞环匹配，不仅摩擦系数大，且易发生拉缸事故。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
气缸套
1. 柴油机气缸套的材料通常是＿＿。
A.ZG2700-500 B.QT600-02 C.KTH350-10 D.HT300
2. 柴油机气缸套的材料通常选用＿＿
A.灰口铸铁 B.孕育铸铁 C.可锻铸铁 D.球墨铸铁
3. 柴油机气缸套的材料通常是＿＿。
A.高碳钢 B.调质钢 C.白口铸铁 D.灰口铸铁
4. 船用柴油机气缸套常选用的合金铸铁是＿＿。
A.高磷铸铁 B.球墨铸铁 C.磷钛铸铁 D.钒、铌铸铁
5. 铸钢ZG270-500的铸造气缸盖毛坯应进行＿＿。
A.低温退火 B.高温退火 C.完全退火 D.球化退火
6. 曲轴、气缸套常采用＿＿。
A.整体淬火 B.局部淬火 C.表面淬火 D.等温淬火
7. 柴油机上的气缸套、曲轴等零件表面常采用＿＿。
A.渗硼 B.渗碳 C.氮化 D.碳氮共渗
8. 船舶柴油机的零件中，需进行表面热处理和表面化学热处理的是＿＿。
Ⅰ. 18Cr2Ni4WA针阀；Ⅱ. 连杆；Ⅲ. 灰口铸铁气缸套；Ⅳ. 活塞销；Ⅴ. 中碳钢凸轮；Ⅵ. 气阀。
A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
C. Ⅰ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ D. Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ
9. 船用柴油机气缸套常用材料有＿＿。
Ⅰ. 灰口铸铁；Ⅱ. 孕育铸铁；Ⅲ. 可锻铸铁；Ⅳ. 球墨铸铁；Ⅴ. 蠕墨铸铁；Ⅵ. 合金铸铁。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ+Ⅵ B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
10. 船用中、高速柴油机铝合金活塞材料的牌号为＿＿。
A.ZL101 B.ZL105 C.ZL108 D.ZL111
知识点四 活 塞
活塞是柴油机的主要运动部件之一，是燃烧室的组成部分，是柴油机中实现将热能转变为机械能的主要部件。活塞的结构形式有筒形活塞和十字头式活塞，而十字头式活塞又分为整体式和组合式，如图10-5所示。
图10-5 几种常见的活塞
一、活塞的工作条件及对材料的要求
（一）活塞的工作条件
（1）活塞与气缸套、气缸盖组成燃烧室，直接受到高温、高压燃气和往复惯性力的作用，承受较大的热应力与机械应力。
（2）活塞在往复运动中，其外圆表面与气缸套发生摩擦与撞击，在润滑不良的情况下更为严重。
（二）对活塞材料的要求
（1）具有足够的强度和硬度，较高的疲劳强度和高温工作性能。
（2）优良的导热性，散热快以降低活塞的热负荷，热膨胀系数小，受热变形小以保持与气缸套的正常配合间隙。
（3）具有良好的耐磨性与耐蚀性。
（4）具有较小的比重，以减小往复惯性力。
二、活塞的材料及热处理
船用柴油机活塞材料应根据机型的不同来选用，一般采用铸铁、铝合金、锻钢和铸钢等。
（一）活塞材料
（1）船用中、低速柴油机的活塞材料常选用铸铁，如孕育铸铁HT250、HT300；缸径为100～400mm的中速柴油机活塞可用球墨铸铁，如QT500—07。
（2）大型低速十字头柴油机采用组合式活塞，活塞头部常采用铸钢，如ZG230—450或合金铸钢，如ZG25CrMo等；裙部则采用孕育铸铁，如HT250、HT300。
（3）中、高速柴油机广泛采用铝合金活塞，如ZL108、ZL110。
（4）高速强载柴油机活塞常采用LD8、LD10和LD11等锻铝材料。
（二）活塞的热处理
（1）铸铁活塞在粗加工后进行退火处理。
（2）铸钢和合金铸钢的活塞头部采用正火和粗加工后退火处理。
（3）铝合金活塞采用淬火加时效处理。
国产柴油机活塞材料及热处理如表10-12所示。
表10-12 国产柴油机活塞材料及热处理
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
活塞
1. 船用中、高速柴油机活塞材料常选用＿＿。
A. 灰口铸铁 B. 铸造铝合金 C. 球墨铸铁 D. 铸钢
2. 船用柴油机组合式活塞的活塞裙材料选用＿＿。
A. 孕育铸铁 B. 灰口铸铁 C. 可锻铸铁 D. 白口铸铁
3. 船用中、高速柴油机活塞材料常用选用＿＿。
A. 灰口铸铁 B. 铝合金 C. 球墨铸铁 D. 铸钢
4. 船用柴油机活塞常用材料。
Ⅰ. 灰口铸铁；Ⅱ. 孕育铸铁；Ⅲ. 合金铸铁；Ⅳ. ZL108、ZL110铝硅合金；Ⅴ. 铸钢；Ⅵ. 耐热钢。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ+Ⅵ
知识点五 活 塞 销
活塞销是筒形活塞式柴油机中活塞与连杆之间的连接件，它把活塞所受到的力传递给连杆，并支承连杆小端与其保持一定的相对运动，如图10-6所示。
图10-6 活塞销
一、活塞销的工作条件及对材料的要求
（一）活塞销的工作条件
（1）活塞销受到气体力和活塞往复惯性力的周期性强烈冲击和交变的弯曲应力作用，对应的销座和连杆小端轴承边缘受到剪切作用。
（2）活塞销与连杆小端轴承有相对运动，其工作表面承受较大的摩擦，由于润滑条件差，极易磨损。
（二）对活塞销材料的要求
活塞销应具有足够的强度、刚度；表面具有较高的硬度和耐磨性；足够的冲击韧性；较高的疲劳强度。
二、活塞销的材料和热处理
（一）活塞销的材料
船用柴油机的活塞销材料一般选用低碳钢15、20，或合金渗碳钢15Cr、20Cr、20CrMnTi等。强载柴油机多选用合金渗碳钢。
（二）活塞销的热处理
选用低碳钢和合金渗碳钢作为活塞销的材料，仅能保证具有足够的冲击韧性，要使表面具有足够的硬度，必须对活塞销外圆表面进行渗碳+淬火+低温回火处理。热处理以后，活塞销表面获得回火马氏体组织，硬度较高。低碳钢心部为铁素体+珠光体的亚共析钢组织，合金渗碳钢心部为低碳回火马氏体+铁素体。
国产各类船用柴油机活塞销材料及热处理如表10-13所示。
表10-13 国产柴油机活塞销材料及热处理
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
活塞销
1. 当要求活塞销具有表面耐磨心部强韧时，应选用＿＿。
A.20 B.16Mn C.20Cr D.35CrMo
2. 当活塞销选用20钢制作时，应进行的热处理是＿＿。
A. 淬火 B. 淬火+低温回火
C. 渗碳+淬火+低温回火 D. 渗碳+正火
3. 活塞销或十字头销具有心部强韧的性能要求，应选用＿＿。
A.08 B.20Cr C.16Mn D.35CrMo
4. 制作活塞销一般需要＿＿。
A. 淬火+中温回火 B. 退火
C. 渗碳+淬火+低温回火 D. 正火
5. 如船舶活塞销采用低碳钢，经过渗碳和热处理后，表面获得组织，心部组织为＿＿。
A. 上贝氏体/铁素体 B. 回火屈氏体/铁素体+珠光体
C. 回火马氏体/铁素体 D. 回火马氏体/铁素体+珠光体
6. 活塞销常用材料＿＿。
Ⅰ. 低碳钢；Ⅱ. 普通低合金钢；Ⅲ. 合金渗碳钢；Ⅳ. 中碳钢；Ⅴ. 铸钢；Ⅵ. 合金调质钢。
A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅲ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅵ
7. 活塞销的工作要求应具备＿＿性能。
Ⅰ. 表面耐磨；Ⅱ. 表面光洁；Ⅲ. 表面疲劳强度高；Ⅳ. 心部硬；Ⅴ. 心部强度高；Ⅵ. 心部韧或强韧。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅴ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅵ
8.20号钢齿轮锻造毛坯正火处理是为了＿＿。
A. 提高硬度便于加工 B. 提高强度 C. 降低硬度便于加工 D. 提高刚度
9. 柴油机上的十字头销、活塞销、凸轮等零件为了获得强而韧的性能常采用＿＿。
A. 渗硼 B. 渗碳 C. 渗氮 D. 碳氮共渗
10. 十字头销、活塞销、凸轮等零件渗碳后应立即进行＿＿。
A. 淬火 B. 低温回火
C. 淬火+低温回火 D. 调质处理
知识点六 活 塞 环
活塞环是活塞组件之一，活塞环装于活塞上的活塞环槽中。它在气缸中的主要作用是：紧贴气缸壁起密封燃烧室的作用；将活塞顶部的热量传给气缸壁，起散热作用；控制和调节与气缸壁之间的润滑油，起布油与刮油的作用，以保证良好的润滑，如图10-7所示。
图10-7 活塞环
一、活塞环的工作条件及对材料的要求
（一）活塞环的工作条件
活塞环的工作条件十分恶劣，是易损件。一般来说，活塞环的正常使用寿命为8 000～10 000小时。
（1）活塞环在柴油机气缸燃烧室工作时受到高温、高压燃气的作用。
（2）活塞环随同活塞在气缸中作往复运动的同时，还在活塞环槽中作往复回转和扭曲等运动，使活塞环外圆表面和端面受到摩擦、磨损，润滑不良的条件下则更为严重。
（二）对活塞环材科的要求
（1）具有足够的强度和一定的硬度，一般要求低速柴油机活塞环材料硬度为180～220HBS；中、高速柴油机活塞环材料硬度为190～230HBS。同一活塞环的硬度差不超过20HBS。
（2）具有良好的耐磨性与磨合性，活塞环的硬度应比气缸套的硬度高10～20HBS。
（3）良好的耐热性与导热性。
（4）良好的抗腐蚀性，对缸中燃烧产物所形成的高温腐蚀具有足够的抗力。
国产各类柴油机活塞环的材料及热处理如表10-14所示。
表10-14 国产各类柴油机船用活塞环材料及热处理后的硬度
*为第一道活塞环进行松孔镀铬
二、活塞环的材料
（1）活塞环常用的材料是铸铁，如HT250、HT300等孕育铸铁，此外还有含Cr-Mo、Cr-Mo-Cu的合金铸铁等。
（2）某些高速大功率柴油机采用钢制刮油环，一般采用耐热钢。因为钢制刮油环具有较高的径向弹力，可提高刮油作用，降低润滑油消耗并保证良好润滑。
三、活塞环的表面处理
活塞环外圆表面强化是提高活塞环表面耐磨性、延长寿命的有效途径，主要方法有：
（1）镀铬：活塞环外圆表面和端面镀铬可提高耐磨性。第一道环镀铬后可使其寿命提高3～5倍，气缸套的磨损量减少一半。
（2）喷钼：在活塞环外圆表面喷钼可提高活塞环的耐磨性和抗拉缸性能，提高抗蠕变能力，减小摩擦系数，钼层具有存油孔并与基体结合良好。喷钼环广泛用于大功率柴油机的第一道环。
此外，还可采用喷涂陶瓷、渗硫和激光热处理等方法使活塞环表面强化。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
活塞环
1. 柴油机活塞环的材料通常采用＿＿。
A. 可锻铸铁 B. 球墨铸铁 C. 高磷灰铸铁 D. 白口铸铁
2. 活塞环主要采用的材料是＿＿。
A. 纯铁 B. 碳钢 C. 合金钢 D. 铸铁
3. 关于柴油机活塞环的叙述，不正确的是＿＿。
A. 主要采用的材料是可锻铸铁
B. 活塞环的硬度应比气缸套的硬度高10～20HBS
C. 可采用高磷耐磨铸铁
D. 可采用表面强化工艺改善表面性质
4. 活塞环的硬度应比气缸套的硬度＿＿。
A. 高 B. 低 C. 相等 D. 稍高
5. 柴油机活塞环的硬度一般为＿＿。
A.100～200HB. B.180～230HBS
C.250～300HB. D.300～400HBS
6. 关于柴油机活塞环的叙述，不正确的是＿＿。
A. 主要采用锻造毛坯
B. 活塞环的硬度应比气缸套的硬度高10～20HBS
C. 可采用高磷耐磨铸铁
D. 可采用表面强化工艺改善表面性质
7. 柴油机活塞环常用的材料有＿＿。
Ⅰ. 灰口铸铁；Ⅱ. 孕育铸铁；Ⅲ. 可锻铸铁；Ⅳ. 球墨铸铁；Ⅴ. 蠕墨铸铁；Ⅵ. 合金铸铁。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅴ C. Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅵ
知识点七 气 阀
一、气阀的工作条件及对材料的要求
气阀是柴油机配气机构中的主要零件，如图10-8、10-9所示。
图10-8 二冲程柴油机气阀结构示意图
图10-9 四冲程柴油机气阀外观图
（一）气阀的工作条件
（1）气阀的头部直接与高温高压燃气接触，进气阀的温度达400～500℃，排气阀的温度可达650～800℃，所以气阀承受较高的热负荷和机械负荷。
（2）排气阀受到高温废气的冲刷与腐蚀，燃烧产物对气阀和阀座产生高温腐蚀。
（3）气阀和阀座受到高压燃气的交变载荷作用，气阀在关闭时产生撞击和磨损，气阀阀杆与导套相对运动产生磨损。
（二）对气阀材料的要求
（1）具有较高的高温机械性能和热硬性。
（2）具有在高温下抗腐蚀、抗氧化的性能。
（3）具有较高的耐磨性与抗冲击载荷的性能。
（4）导热性好，热膨胀系数小。
二、气阀的材料及热处理
（一）气阀的材料
进气阀常用的材料为合金调质钢，如40Cr、35CrMo、40CrNi等，或采用气阀钢，如4Cr9Si2。排气阀材料常采用气阀钢，如4Cr9Si2、4Crl0Si2Mo、4Crl4Ni4W2Mo等。
（二）热处理
（1） 4Cr9Si2、 4Crl0Si2Mo是马氏体热强钢，排气阀锻造后经退火处理，以降低硬度，最后进行调质处理来获得较高的耐热性和耐磨性。4Cr9Si2用于工作温度＜700℃的排气阀，4Crl0Si2Mo用于工作温度＞650℃的排气阀。
（2）4Cr14Ni4W2Mo是奥氏体热强钢，用于工作温度≤750℃的排气阀，在1 170～1 200℃经固溶处理，并在750℃进行时效处理以达到要求的性能。
国产各类船用柴油机进、排气阀材料及热理，如表10-15所示。
表10-15 国产各类船用柴油机进、排气阀材料及热处理
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
气阀
1. 气阀弹簧常采用的热处理工艺为＿＿。
A. 淬火后高温回火 B. 淬火后中温回火
C. 淬火后低温回火 D. 正火
2. 柴油机排气阀常用的材料是＿＿。
A. 球墨铸铁 B. 不锈钢 C. 合金调质钢 D. 耐热钢
3. 柴油机进气阀常用的材料是＿＿。
A. 球墨铸铁 B. 不锈钢
C. 合金调质钢 D. 耐热钢或合金调质钢
4. 进气阀弹簧常采用的热处理工艺为＿＿。
A. 淬火后高温回火 B. 淬火后中温回火 C. 淬火后低温回火 D. 退火
5. 柴油机进气阀常用的材料是＿＿。
A. 球墨铸铁 B. 合金调质钢 C. 不锈钢 D. 耐热钢
6. 排气阀常采用的材料为＿＿。
A.4Cr9Si2 B.4Cr14Ni14W2Mo
C.40CrNi D.35CrMo
知识点八 精 密 偶 件
柴油机燃油系统中高压油泵的柱塞—套筒、出油阀—阀座、喷油器中的针阀—针阀体是柴油机的3对极其精密的偶件，其结构如图10-10所示。精密偶件要求精度高、工作表面粗糙度低、配合间隙小。
一、精密偶件的工作条件及对材料的要求
（一）精密偶件的工作条件
（1）偶件在工作中主要受到高压燃油的腐蚀和冲击作用。
（2）偶件的相对运动使工作表面受到严重的摩擦和磨损。
（二）对精密偶件材料的要求
一是具有足够的强度和硬度，一般硬度不低于60HRC。
二是较高的耐磨性和热硬性，较好的耐蚀性。
三是有较高的疲劳强度和冲击韧性。
四是偶件材料的线膨胀系数相同，金相组织稳定，以防偶件尺寸变化导致偶件咬死。
图10-1. 柴油机燃油系统中的3对精密偶件
二、精密偶件的材料和热处理
（一）精密偶件的材料
精密偶件常用的材料有滚动轴承钢GCr15、低合金工具钢CrWMn、氮化钢38CrMoAlA及高速钢W18Cr4V等。
（二）精密偶件的热处理
（1）GCrl5制造的偶件： （830～860℃）淬火+（−70℃）冷处理+（150～170℃）低温回火。
（2） CrWMn制造的偶件： （800～830℃油淬）淬火+ （−70～80℃）冷处理+ （140～160℃）低温回火，以获得较高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。
（3）38CrMoAlA制造的偶件：在600℃以下进行氮化处理，以获得较高的硬度、耐磨性、耐蚀性及热稳定性。
（4）高速钢W18Cr4V制造的偶件：1 280℃油淬+（550～570℃，3～4次）回火，以获得高硬度、良好的红硬性、耐磨性及尺寸稳定性。适用于高温下工作的精密偶件。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
精密偶件
1. 柴油机燃油系统中的精密偶件常选用＿＿。
A.45 B.T8A C.40Cr D.GCr15
2. 柴油机燃油系统的精密偶件常采用的关键热处理是＿＿。
A.淬火+低温回火 B.渗碳+淬火+低温回火
C.淬火+高温回火 D.淬火+冷处理+低温回火
3. 柴油机燃油系统的精密偶件的常用材料有＿＿。
Ⅰ. 滚珠轴承钢；Ⅱ. 不锈钢；Ⅲ. 合金调质钢；Ⅳ. 耐热钢；Ⅴ. 高速钢；Ⅵ. 低合金工具钢。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅴ+Ⅵ C. Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ D. Ⅰ+ Ⅵ+Ⅵ
4. 柴油机燃油系统的精密偶件的常用材料有＿＿。
Ⅰ. GCr15；Ⅱ. 1Cr13；Ⅲ. 40Cr；Ⅳ. 4Cr9Si2；Ⅴ. W18Cr4V；Ⅵ. CrWMn。
A. Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ B. Ⅰ+Ⅴ+Ⅵ C. Ⅰ+Ⅳ+Ⅵ D. Ⅰ+Ⅵ
知识点九 螺 旋 桨
一、螺旋桨的工作条件及对材料的要求
船舶航行时，柴油机通过轴系把功率传至螺旋桨，螺旋桨回转与水作用产生轴向推力，实现推动船舶航行的目的。螺旋浆在水下工作时，不仅受到来自主机的巨大扭矩，而且与海水或河水有相对运动，受到水动力作用，还受到海水或河水的冲刷和腐蚀。因此，螺旋桨的材料应具有较高的强度、塑性和冲击韧性；良好的抗穴蚀和电化学腐蚀的能力；良好的铸造性和机械加工性能等。
二、螺旋桨的材料
船用螺旋桨的主要材料有黄铜、青铜、铸钢和铸铁等，近年来又开发出塑料螺旋桨，如尼龙、玻璃钢等。图10-11为船舶螺旋浆实拍图。
（一）锰黄铜
常用的锰黄铜有锰铁黄铜ZCuZn4lMn3Fel、铝锰铁黄铜ZCuZn24Al5Mn2Fe2。在黄铜中加入锰可以提高机械性能、工艺性能和耐蚀性能，加入铁可以细化晶粒，使黄铜的强度提高，韧性和塑性适当。适用于制作大型海船和军舰的螺旋桨，但因其耐穴蚀性能差和价格高，不适合制作高速船的螺旋桨。
图10-1. 船舶螺旋桨
（二）铝青铜
用于制作螺旋桨的铝青铜有ZCuAll2Mn8Fe3Ni2、ZCuAll4Mn8Fe3Ni2。在铝青铜中加入铁、锰、镍等，可进一步提高材料的强度和工艺性能。高锰铝青铜除强度高，工艺性能好，耐海水、过热蒸汽的腐蚀外，其疲劳强度也高，广泛用于大型、高速海船和舰船螺旋桨。
（三）铸铁
铸铁螺旋桨常用的材料有HT200、HT250，其优点是铸造性好、价格低廉，但缺点是强度低、脆性大、不耐海水腐蚀、寿命低。一般用于功率小、航速低的内河小船上。
（四）铸钢
常用铸钢材料有ZG230—450、ZG200—400。铸钢的性能优于铸铁，但铸造性差，耐蚀性低。铸钢螺旋桨较铸铁螺旋桨应用广泛，常用于冰区和内河航行的船舶。某些特殊用途船，如快艇，常采用不锈钢lCrl8Ni9制造螺旋桨，这种螺旋桨强度高，抗海水腐蚀性能好。
（五）非金属材料
采用塑料和复合材料制造螺旋桨，如尼龙6、尼龙6l0、玻璃钢等，其质量轻，振动小，冲击韧性高，抗穴蚀、海水及淡水腐蚀，制造工艺简单，价格低，但强度和刚性较低，易老化，在浅水航道航行易磨损，主要用于小船上。
三、尾轴套（尾轴承）
与螺旋桨连接的轴称为螺旋桨轴。当螺旋桨轴较短并安装于船体尾部的尾轴管中时，又称尾轴，如单轴系船舶的螺旋桨轴就是尾轴。当螺旋桨轴伸出船体外部较长时，为便于制造和安装，把螺旋桨轴置于船体外部，尾轴装于尾轴管中，如双轴系船舶的尾轴和螺旋桨轴。
对于水润滑尾轴承，为了防止尾轴腐蚀破坏，在尾轴工作轴颈部分包以铜套，即轴套或称衬套。
（一）尾轴轴套的材料
大型海船一般采用锡青铜ZQSn10-2作为尾轴轴套的材料，如图10-12所示，内河小船尾轴轴套采用锰黄铜ZHMn58-2制造。锡青铜的强度低于黄铜，但耐蚀性高于紫铜和黄铜。在大气、蒸汽、海水、淡水中耐蚀性好，在盐酸、硫酸及氨水中耐蚀性较差。
图10-1. 尾轴轴套
锡青铜中加入Zn可改善铸造性和强度。
锰黄铜具有较高的机械性能，在海水、氯化物及过热蒸汽中耐蚀性较高，铸造性好，切削加工性尚可，但导热、导电性差。黄铜中加入1%～2%Mn，可提高强度和在海水、氯化物及过热蒸汽中的耐蚀性与耐热性，不仅用于制造尾轴轴套，还可用来制造在低于300℃的蒸汽或液体中工作的耐蚀零件，如泵的活塞、衬套、阀门等。
（二）尾轴轴套的检验
（1）尾轴轴套毛坯铸件材料的化学分析和拉力试验。
（2）外观检验，不允许有裂纹、密集气孔、疏松和砂眼等缺陷。
（3）铜套粗加工后，套装在尾轴上之前，进行水压试验：压力为0.1MPa，5分钟内不得渗漏。
（4）尾轴铜套套装加热温度不大于320℃，装于尾轴后应检查其严密性。尾轴铜套的厚度依表10-16计算。
表10-16 尾轴铜套厚度计算公式 单位：mm
注：d—尾轴直径（mm） 。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
一、螺旋桨
1. 目前船舶普遍采用的推进器是＿＿。
A. 喷水装置 B. 螺旋桨 C. 喷气装置 D.B+C
2. 螺旋桨的作用是＿＿。
A. 推船前进 B. 产生推力
C. 传递扭矩 D. 传递扭矩和产生推力
3. 海船主要采用＿＿材料的螺旋桨。
A. 铸钢 B. 铸铁 C. 铸铜 D. 复合材料
4. 小型船舶螺旋桨的材料较多，主要有＿＿等。
Ⅰ. 铸钢；Ⅱ. 铸铁；Ⅲ. 铸铜；Ⅳ. 尼龙；Ⅴ. 赛龙。
A. Ⅱ+Ⅲ B. Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ+Ⅴ
C. Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ D. Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
5. 螺旋桨常用的材料是＿＿。
A. 特殊锰黄铜 B. 铅青铜 C. 铸铁 D. 碳钢
6. 螺旋桨焊补后应＿＿。
A. 退火 B. 淬火+低温回火
C. 淬火+高温回火 D. 正火
二、尾轴轴承
1. 船舶螺旋桨轴（尾轴）的轴套可以采用＿＿材料制造。
A. 铸铁 B. 滑动轴承 C. 滚动轴承钢 D. 铝合金
2. 水润滑尾轴铜套过度磨损后光车修理时，铜套厚度应＿＿。
A. ≥0.01d+2mm B. ≥0.15d+3.5mm
C. ≥0.02d+4mm D. ≥0.03d+7.5mm
3. 更换尾轴铜套的极限厚度为＿＿。
A.0.02d+5mm B.0.15d+3.5mm C.0.03d+7.5mm D.0.01d+2mm
4. 新制尾轴铜套的厚度应为＿＿。
A.0.02d+5mm B.0.015d+3.5mm C.0.03d+7.5mm D.0.01d+2mm
5. 尾轴铜套套装加热稳定不大于＿＿，装于尾轴后应检查其严密性。
A.250℃ B.300℃ C.320℃ D.350℃
6. 铜套粗加工后，套装在尾轴上之前，进行水压试验：压力为＿＿MPa，＿＿分钟内不得渗漏。
A.0.1/5 B.0.5/5 C.0.5/10 D.0.1/10
7. 在锰黄铜ZHMn58-2中加入1%～2%Mn，其目的为＿＿。
A. 细化晶粒提高强度 B. 改善铸造性能和提高强度
C. 提高耐磨性 D. 提高耐蚀性与耐热性
8. 在锡青铜ZQSn10-2中加入Zn，其目的为＿＿。
A. 细化晶粒提高强度 B. 改善铸造性能和提高强度
C. 提高耐磨性 D. 提高耐蚀性与耐热性
知识点十 重 要 螺 栓
一、重要螺栓的工作条件及对材料的要求
船舶动力装置中的机器、设备有许多重要的起连接或紧固作用的螺栓，如柴油机的气缸盖螺栓、组合式活塞的连接螺栓、连杆螺栓、主轴承螺栓、贯穿螺栓和地脚螺栓等，如图10-13所示。这些螺栓既要保证机件的连接强度，又要承受机器运转时产生的载荷作用。螺栓的受力较复杂，除受拉力作用外，还受惯性力、冲击力和振动等的周期性作用。为保证螺栓的连接紧固以使机器安全可靠地运转，要求螺栓材料具有以下性能：
图10-1. 船舶动力装置中几种重要的螺栓
（1）足够的强度和疲劳强度，适当的硬度。
（2）良好的韧性和塑性，良好的切削加工性能。
（3）高的淬透性和低的敏感性，高温下工作的螺栓应具有耐热性，在腐蚀介质中工作的螺栓应具有较高的耐蚀性。
二、重要螺栓的材料及热处理
制造重要螺栓的材料主要有中碳钢和中碳合金钢。一般船用中、高速柴油机的重要螺栓多采用40Cr、35CrMoA、40CrNi等；大型低速柴油机的重要螺栓多采用40、45、40Cr等。
重要螺栓的热处理均应进行调质处理，使其获得较好的综合机械性能。调质后螺栓横截面上均匀分布着回火索氏体组织，允许少量的游离态的铁素体和粒状渗碳体存在。对于大型低速柴油机的连杆螺栓和贯穿螺栓等，允许用正火代替调质处理。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
重要螺栓
1. 用45号钢生产的贯穿螺栓，其关键热处理是＿＿。
A. 正火 B. 淬火+低温回火
C. 淬火+高温回火 D. 退火
2. 连杆螺栓应选用材料＿＿。
A.1Cr13 B.CrWMn C.20 D.35CrMo
3. 下列说法错误的是＿＿。
A. 船用大型低速柴油机的重要螺栓常用1Cr13、4Cr14Ni14W2Mo等材料
B. 船用螺旋桨的主要材料有黄铜、青铜、铸铁和铸钢等
C. 精密偶件的材料应具有足够的强度和硬度，硬度不低于60HRC
D. 船用进气阀的材料一般有40Cr、35CrMo
4. 连杆螺栓一般需要＿＿。
A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火
C. 淬火+高温回火 D. 正火
5.＿＿允许用正火处理代替调质处理。
A. 连杆螺栓 B. 贯穿螺栓
C. 主轴承螺栓 D. 连杆螺栓和贯穿螺栓
6. 柴油机的重要螺栓的材料常选用优质碳钢和优质合金钢，如＿＿。
Ⅰ. 15号钢；Ⅱ. 45号钢；Ⅲ. 20Cr；Ⅳ. 40Cr；Ⅴ. 35CrMo。
A. Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ B. Ⅲ+Ⅳ C. Ⅰ+Ⅳ+Ⅴ D. Ⅱ+Ⅳ+Ⅴ
7. 一般船用中、高速柴油机的重要螺栓多采用＿＿。
A.4. B.40
C.35CrMoA D.4Cr14Ni14W2Mo
8. 一般船用大型低速柴油机的重要螺栓多采用＿＿。
A.40CrNi B.40
C.35CrMoA D.4Cr14Ni14W2Mo
知识点十一 涡 轮 叶 片
一、涡轮叶片的工作条件及对材料的要求
涡轮叶片是废气涡轮增压器的重要零件之一，它装于涡轮盘上构成涡轮叶轮，如图10-14所示。叶轮的作用是把从喷嘴喷出的高速燃气（废气）的速度能和压力能转换成机械功，实现增压器转子的高速回转运动。涡轮叶片是实现能量转换的关键零件。柴油机废气温度一般为500～600℃，增压器转速也非常高，可达10 000转/分钟～50 000转/分钟。因此，涡轮叶片在高温下受到很高的应力作用，并受到高温燃气的强烈腐蚀和冲刷，因此涡轮叶片应具有较高的强度、蠕变强度、疲劳强度，具有较高的冲击韧性和耐蚀性，具有一定的塑性和良好的加工工艺性能。
图10-1. 涡轮和叶片
二、涡轮叶片的材料
涡轮叶片常用的材料有1Crl3、4Cr14Nil4W2Mo、15Cr11MoNiVA等耐热钢。其中1Crl3是马氏体型不锈钢，具有较高的强度、硬度和耐磨性，对大气、海水、淡水等有较好的耐蚀性，工作温度小于580℃。4Cr14Nil4W2Mo是奥氏体型热强钢，具有较高的热强度，工作温度不超过750℃，是目前国产废气涡轮增压器涡轮叶片常用的材料。
思考与训练
复习本教学情境的基本知识，思考选择正确答案。
涡轮叶片
1. 增压器涡轮叶片常选用的材料是＿＿。
A.1Cr13 B.CrWMn C.GCr15 D.4Cr9Si2
2. 关于增压器涡轮叶片材料性能的要求，不正确的是＿＿。
A.较高的强度、蠕变强度和疲劳强度 B.较高的耐蚀性和冲击性
C.良好的塑性 D.良好的工艺性
3.1Cr13是铬13型马氏不锈钢，淬透性高，具有较高的强度、硬度和耐磨性，对大气、海水、淡水等有较好的耐蚀性，工作温度小于＿＿。
A.500℃ B.580℃ C.650℃ D.750℃
4.4Crl4Ni4W2Mo是奥氏体型热强钢，具有较高的热强度，工作温度小于＿＿，是目前国产废气涡轮增压器涡轮叶片广泛采用的材料。
A.500℃ B.580℃ C.650℃ D.750℃
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