正文 第五章 金屬材料(二)(1 / 3)

金屬材料與汽車工業

目前,製造汽車的主體材料是金屬。例如一輛東風牌卡車,各種非金屬材料與金屬材料的重量比例為1:7。即使小轎車追求自重輕,大量采用塑料件製造,仍動搖不了金屬材料的主導地位。例如美國1986年生產的小轎車上,各種非金屬材料與金屬材料的重量比例為1:4。5。

在汽車用金屬材料中,又以鋼鐵為主。如在一輛東風牌卡車上,有色金屬用量約占汽車金屬總重量的3%,鋼鐵約占97%。即使轎車為了減重,大量采用鋁,有色金屬重量也隻占10%左右。

因此可以說,鋼鐵是製造汽車的“主食”,有色金屬和非金屬也十分重要,不可缺少,但用量較少,是製造汽車的“副食品”。

汽車工業與鋼鐵工業是互相促進的。發展汽車工業需要大量的鋼材和生鐵,當前各工業先進國家,年產汽車~00萬至1000萬輛,要消耗其鋼鐵產量的10~20%。我國汽車年產量現為40萬輛左右,僅占世界汽車總產量的1%,數量很小,但由於多數是較大的貨車,因此汽車產品的總重量仍很可觀,加上備件產量也較大,因此現在我國汽車工業的鋼鐵總用量估計占全國鋼產量的6%左右。

把金屬材料用於發展汽車工業是很合算的:第一,由於汽車工業增值大,汽車用於運輸業後,運輸業又可有相當大的增值,商品經汽車轉運以後,還產生商業上的增值;第二,汽車是一種壽命較短的大件商品。根據我國地形崎嶇、道路條件差、超載頻繁、操作和保養技術條件差等現實情況,東風牌貨車目前所追求的壽命指標是20萬公裏大修,再行駛20萬公裏就報廢更新。對於運輸企業來說,使用期不過6~8年;對於社會用戶,使用期也僅15~20年。汽車更新時,金屬材料又還給冶金工業回爐了。這就是說,汽車製造時,已有約四分之一至三分之一的鋼鐵供量早已以工業廢鋼形式流返冶金工業作為爐料了;在汽車更新時,又有三分之二至四分之三的鋼鐵以廢汽車形式再度返作爐料。這樣大量的廢鋼鐵流返冶金部門,便形成了良性循環,可大大減少國家在采礦煉鐵等環節上花費的投資和能源消耗。

製造汽車,需要的鋼鐵材料不僅量大,而且品種繁多,如中扳、熱軋薄板和冷軋薄扳(包括扳卷)、帶卷、車輪型銅(主要是輪輞型鋼)、窄淬透帶齒輪銅、碳素和合金優質圓方鋼、彈簧扁鋼、冷墩鋼、易切削銅、氣閥鋼、彈簧鋼絲、無縫和焊縫管等等。還需要不少鍍層鋼板,不僅需汽車用鍍鋅板,鍍鉛扳,汽車排氣係統還需用鍍鋁板。焊管方麵還需刹車用管如雙層卷焊管或內外鍍鋅薄壁耐壓管和柴油機高壓油管等。

膨脹係數幾乎等於零的硼錳合金

一個物質的膨脹係數是指該物質在固態時,當溫度改變1攝氏度,其長度變化和它在零攝氏度時長度的比值。各種物質膨脹係數也各不相同,一般說膨脹係數越大,該物質在受熱下的變形也越厲害。金屬的膨脹係數一般在10-5數量級左右,因此不適合製造精密儀器。為此,科學家千方百計尋找膨脹係數極小的金屬。日本京都大學可知教授,終於在不久前找到了一種膨脹係數幾乎等於零的物質,它就是硼錳合金。

可知教授把錳和硼兩種元素混合一起,加熱到1200℃,經過加壓使硼均勻分散在錳中,就成了硼錳合金。這種合金在25~300℃的溫度中,膨脹係數幾乎等於零,硬度可與金鋼石比擬,它的導電、導熱性能十分良好。

硼錳合金的研製成功,對製造某些不容許有膨脹的精密儀器提供了重要的材料,所以日本的有關部門正在將它投入生產。

耐放射線材料

隨著新能源的開發,人們開始尋求一種適合於製作原子能反應堆中的核反應容器的材料一一耐放射線材料。

核聚變反應堆的真空容器要受到來自高溫等離子體的熱輻射(300~500℃),還要受到由核聚變反應產生的高能量的氦和中子的照射,這種氦和中子是極為活躍的“破壞分子\由於這些高能量的原子、帶電粒子和中子的作用,真空容器表麵的原子都跑了出來,於是金屬表麵就形成一個個氣泡,其結果是導致材料變脆,容器毀壞。通常開發一種新材料最少需要10年時間。在核能源的開發快於材料開發的情況下,隻有采用改良現有材料這“方法。目前日本通常使用的耐放射線材料是定名為316的奧氏體不鏽鋼。在原子能研究所與各大學和鋼鐵企業的合作下,現已研製了幾種在適應高溫和中子輻射方麵更優於316的特殊鋼,如鐵??鎳??鉻係列合金、鉬合金、铌合金等。

漫話錳鋼

錳鋼自行車是市場上的熱門商品,其實錳鋼材並不貴,隻不過比普通自行車所用的碳素結構鋼價格稍高一些而已。

那麼錳鋼到底有什麼優點呢?這要從錳在鋼中的作用談起。錳是資源豐富,價格低廉而又性能優異的一種合金元素,錳能大大提高鋼的淬透性,且能強化鐵素體,從而提高鋼的機械性能。目前自行車正在向兩輕(重量輕、騎行輕)發展,為了達到這一目的,除了改進車身結構外,在保證強度的前提下,盡量采用優質鋼材薄壁鋼管也是十分重要的措施。例如英國蘭苓公司生產的專業牌和美國舒溫公司生產的高級牌高檔自行車車架都是用雷諾一531型錳鉬鋼薄壁管材製造的。我國天津自行車廠生產的各種飛鴿牌自行車,早就全都采用錳鋼了。

錳的另一優點是脫氧能力強,它不僅能消除鋼中的氧化鐵,還能與硫化合,形成硫化錳從而減輕硫在鋼的熱加工過程中產生的熱脆。在結構鋼中,錳鋼的性能完全可與銘鋼和銘銀鋼相媲美,而成本則大大低於後兩者,在彈簧銅中,錳也是一種重要的合金元素,大多數合金彈簧鋼中都含有錳。

特別令人感興趣是高錳耐磨鋼,它常用來製造坦克和拖拉機履帶、鐵路道岔、礦山破碎牙板、耐磨機襯套、挖掘機鬥齒等在承受壓力及衝擊負載下要求具有高耐磨性的零件,以及裝甲鋼板、鋼盔、坦克炮塔等。鋼的含錳量高達13%,它是一種高合金鋼,需經水韌處理,即將鋼加熱到1050~115℃,保溫後淬入流動的水中激冷。這種處理表麵上看來和普通淬火工藝相似,但其實質卻是完全不同。因為鋼淬火後得到的組織是馬氏體,而鋼水韌處理後卻全部保留了奧氏體組織,有著良#的韌性和很高的加工硬化能力。鋼和其它耐磨材不同,它隻有在很大的壓力或衝擊負載作用下發生變形時,方露英雄本色一一高耐磨性。當在無壓力或壓力很小的工作條件下,它是很不耐磨的。例如東方紅一一75型拖拉機在水田中使用時比在旱田中使用時的壽命要低2/3~3/4。高錳鋼耐磨性高的原因,主要是由於冷變形沿滑程麵形成馬氏體組織;其次是由於表層因塑性變形而產生加工硬化。

我國錳礦資源十分豐富,大力發展和推廣錳鋼是我國機械和冶金工業的重要任務之一。