机械设计常用材料

机械工程材料手册机械工程材料是机械制造中的重要组成部分，它直接影响着机械产品的性能、质量和寿命。

在机械工程中，选择合适的材料对于产品的设计和制造至关重要。

本手册将介绍常见的机械工程材料及其特性，帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性。

一、金属材料。

金属材料是机械制造中最常用的材料之一，它具有良好的强度、硬度和耐磨性。

常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。

钢是一种铁碳合金，具有优异的机械性能，适用于制造各种零部件和结构件。

铝具有较低的密度和良好的导热性，适用于制造轻型结构件。

铜具有良好的导电性和导热性，适用于制造电气部件和散热器。

铁是一种常见的结构材料，具有良好的可焊性和加工性，适用于制造各种机械零部件。

二、非金属材料。

除了金属材料外，非金属材料在机械工程中也扮演着重要的角色。

常见的非金属材料包括塑料、陶瓷、复合材料等。

塑料具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，适用于制造各种零部件和外壳。

陶瓷具有良好的耐高温性和硬度，适用于制造高温部件和摩擦件。

复合材料由两种或两种以上的材料组成，具有优异的综合性能，适用于制造高强度和轻质的零部件。

三、材料选择与应用。

在机械工程中，材料的选择与应用是至关重要的。

首先，需要根据产品的工作条件和要求选择合适的材料，如强度、硬度、耐磨性等。

其次，需要考虑材料的加工性能和成本，确保能够满足制造工艺和经济性的要求。

最后，需要对材料进行合理的设计和应用，确保产品具有良好的性能和可靠性。

综上所述，机械工程材料是机械制造中不可或缺的一部分，合理选择和应用材料对于产品的性能和质量至关重要。

本手册将帮助工程师和设计师更好地了解机械工程材料的特性和应用，提高产品的设计和制造水平，推动机械制造技术的发展。

结语。

通过对机械工程材料的介绍，我们可以更好地了解不同材料的特性和应用，为机械产品的设计和制造提供参考和指导。

希望本手册能够帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性，推动机械制造技术的发展。

机械设计常用材料、数据及标准件查询1、普通螺纹直径、螺距（GB/T193-1981）和基本尺寸（GB/T196-1981）2、60°圆锥管螺纹基本尺寸（GB/T12716-199）3、螺栓（GB/T5782-2000）（GB/T5783-2000）4、内六角圆柱螺钉（GB/T70.1-2000）5、六角螺母(GB/T41-2000) (GB/T6170-2000) (GB/T6172.1-2000)6、圆螺母(GB/T812-1998)7、平垫圈(GB/T95-1985)8、标准型弹簧垫圈(GB/T93-1987)、轻型弹簧垫圈(GB/T859-1987)9、平键(GB/T1095-1979) (GB/T1096-1979)10、深沟球轴承(GB/T276-1994)11、推力球轴承(GB/T301-1995)12、常用铸铁牌号特性及其用途举例13、常用钢材牌号特性及其用途举例14、常用有色金属牌号特性及其用途举例15、常用热处理名词解释整理制作:电子邮件:ggg_cel@更多内容请访问:主页1:(流水居)主页2:/wyong886/index.asp螺 纹普通螺纹直径、螺距（GB/T193-1981）和基本尺寸（GB/T196-1981） （mm ）D 、d ——内、外螺的大径； D 2、d 2——内、外螺纹的中径； D 1、d 1——内、外螺纹的外径； P ——螺距；H ——原始三角形高度，H=标记示例：M24：公称直径为24mm 的粗牙普通螺纹M24³ 1.5：公称直径为24mm 螺距为 1.5mm 的细牙普通螺纹注：1、公称直径栏中不带括号的为第一系列，带圆括号的为第二系列，带方括号的为第三系列。

应优先选用第一系列，第三系列尽可能不用。

2、括号内的螺距尽可能不用。

60°圆锥管螺纹基本尺寸（GB/T12716-1991）P=25.4/n H=0.886P h=0.8p f=0.033P =1°47’锥度2tg =1:16标记示列：NPT3/8-LH：60°圆锥管螺纹，尺寸代号为3/8，左旋（如螺纹为右旋，则“-LH”不标）(mm)螺栓六角头螺栓——A和B级（GB/T5782-2000）、六角头螺栓——全螺纹——A和B级（GB/T5783-2000）标记示例：螺纹规格d=M12、公称长度L =80mm、性能等级为8.8级、表面氧化、产品等级为A级的六角头螺栓：螺栓GB/T5782M12³80（mm）注：尽可能不采用括号内的规格内六角圆柱螺钉(GB/T70.1-2000)标记示例:螺纹规格d=M5,公称长度L=20mm,性能等级为8.8级,表面氧化的A级内六角圆柱螺钉:螺钉 GB/70.1-2000 M5³20(mm)注：尽可能不采用括号内的规格螺母六角螺母—C级(GB/T41-2000)、1型六角螺母—A和B级（GB/T6170-2000）六角薄螺母—A和B级（BG/T6172.1-2000）注：1、表中e为圆整近似值。

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

一、金属材料金属材料主要指铸铁和钢,它们都是铁碳合金。

它们的区别主要在于含碳量的不同,含碳量小于2%的铁碳合金称为钢,含碳量大于2%的称为铸铁。

1铸铁：常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。

其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料,不能辗压和锻造,不易焊接,但具有适当的易熔性和良好的液态流动性,因而可铸成形状复杂的零件。

灰铸铁的抗压强度高,耐磨性、减振性好,对应力集中的敏感性小,价格便宜,但其抗拉强度较钢差。

灰铸铁常用作机架或壳座。

球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有定的塑性,球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。

2钢：钢的强度较高,塑性较好,可通过轧制锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件,并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能,因此,其应用极为广泛钢的类型很多,按用途分,钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。

结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。

工具钢可用于制造各种刀具、模具等。

特殊用途钢(不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢)主要用于特殊的工况条件下。

按化学成分分,钢可分为碳素钢和合金钢。

碳素钢的性能主要取决于含碳量,含碳量越多,其强度越高,但塑性越低。

碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。

普通碳素结构钢(如Q215、0235)般只保证机械强度而不保证化学成分,不宜进行热处理通常用于不太重要的零件和机械结构中。

碳素钢的性能主要取决于其含碳量。

低碳钢的含碳量低于0.25%,其强度极限和屈服极限较低,塑性很高,可焊性好,通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。

含碳量在0.1%-0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧,一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。

中碳钢的含碳量在0.3%-0.5%之间,它的综合力学性能较好,因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母键、齿轮和轴等零件。

机械设计中常用的材料有哪些？一、金属材料金属材料是机械设计中最常用的材料之一。

金属材料具有优良的导电性、导热性和可塑性等特点，适用于制造机械零件、结构件和工具等。

常见的金属材料包括钢铁、铝合金、铜合金和钛合金等。

1. 钢铁钢铁是机械设计中最重要的材料之一，广泛应用于汽车、建筑、机械制造和船舶等领域。

钢铁具有高强度、可塑性好和耐磨性强的特点，能够满足各种机械设备的使用需求。

2. 铝合金铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车和电子设备等领域。

铝合金具有良好的耐腐蚀性和导热性，同时具有可塑性强的特点，适合制造复杂形状的零件。

3. 铜合金铜合金具有优良的导电性和导热性，广泛应用于电气设备、通信设备和船舶制造等行业。

铜合金还具有良好的抗磨损性和抗腐蚀性，适用于制造高速运动部件和耐蚀环境中工作的零件。

4. 钛合金钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、化工和医疗器械等领域。

钛合金还具有优良的生物相容性，适用于制造人工关节、牙齿种植和其他假体等医疗器械。

二、非金属材料除了金属材料，机械设计中还常使用一些非金属材料。

非金属材料具有重量轻、绝缘性好和耐腐蚀性强的特点，适用于制造绝缘件、密封件和轻质结构件等。

1. 塑料塑料是一种常见的非金属材料，具有重量轻、耐腐蚀和绝缘性好的特点。

塑料可塑性强，可以用于制造各种形状的零件和包装材料。

2. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种轻质、高强度的材料，具有优异的耐热性、耐腐蚀性和抗疲劳性。

碳纤维复合材料广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。

3. 陶瓷材料陶瓷材料具有良好的耐磨、耐腐蚀和绝缘性能，适用于制造高温部件、电子元件和摩擦部件等。

陶瓷材料的硬度高、抗拉强度大，但易于脆断，需要注意避免过大的冲击力。

结语机械设计中材料选择对于产品性能和使用寿命起着重要的作用。

金属材料的高强度和可塑性使其成为机械设计的首选，而非金属材料的轻质和特殊性能则使其在某些特定领域有着广泛的应用。

工程机械材料汇总表1. 前言本文档旨在对工程机械常用材料进行汇总和介绍，以便于在工程机械设计和选择材料时提供参考。

2. 常用材料2.1 金属材料2.1.1 钢材•优点：强度高、刚性好、耐磨性好、可焊接性好、容易加工•缺点：易生锈•应用场景：工程机械主体结构、承载部件2.1.2 铝合金•优点：密度低、强度高、耐腐蚀、导热性好•缺点：易受磨损•应用场景：工程机械外壳、轻量化构件2.1.3 铸铁•优点：强度高、刚性好、耐磨性好•缺点：易生锈、脆性大•应用场景：工程机械基座、齿轮箱、曲轴箱2.2 非金属材料2.2.1 聚合物•优点：重量轻、成本低、绝缘性好、耐磨性好•缺点：耐高温性能差•应用场景：工程机械密封件、橡胶零件2.2.2 复合材料•优点：强度高、刚度大、耐腐蚀、重量轻•缺点：成本较高•应用场景：工程机械结构件、车身部件2.3 其他材料2.3.1 润滑油•作用：减小机械零件之间的摩擦、冷却润滑、防止磨损和腐蚀•分类：矿物油、合成油、生物基润滑油等•应用场景：工程机械润滑系统2.3.2 涂料•作用：保护表面、美化外观、防止腐蚀和氧化•分类：底漆、面漆、防腐涂料、防火涂料等•应用场景：工程机械表面处理3. 材料选择原则在工程机械设计中，选择合适的材料至关重要。

以下是一些常用的材料选择原则：•强度要求：根据工程机械的设计要求和工作环境决定材料的强度和刚度。

•寿命要求：考虑材料的耐久性、耐磨性和抗腐蚀性，以满足机械的使用寿命要求。

•成本考虑：根据工程机械的预算和性能需求，选择经济合理的材料。

•生产工艺：考虑材料的可加工性和焊接性，以保证制造过程的顺利进行。

•环境因素：根据工作环境的特点，选用耐腐蚀、耐高温或防火等特殊材料。

4. 材料性能参数表下表列出了一些常见工程机械材料的性能参数，供参考：材料强度导热性耐磨性抗腐蚀性重量钢材高中等高中等中等铝合金中等高中等高低铸铁高中等高中等中等聚合物低低高低低复合材料高中等高高低润滑油N/A N/A 高高N/A涂料N/A N/A 中等高N/A5. 结论本文档汇总了工程机械常用的材料，并介绍了它们的优点、缺点和应用场景。

1、机械零件常用材料：普通碳素结构钢（Q屈服强度）优质碳素结构钢（20平均碳的质量分数为万分之20）、合金结构钢（20Mn2锰的平均质量分数约为2%）、铸钢（ZG230-450屈服点不小于230，抗拉强度不小于450）、铸铁（HT200灰铸铁抗拉强度）2、常用的热处理方法：退火（随炉缓冷）、正火（在空气中冷却）、淬火（在水或油中迅速冷却）、回火（吧淬火后的零件再次加热到低于临界温度的一定温度，保温一段时间后在空气中冷却）、调质（淬火+高温回火的过程）、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）3、机械零件的结构工艺性：便于零件毛坯的制造、便于零件的机械加工、便于零件的装卸和可靠定位4、机械零件常见的失效形式：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；容器、管道等的泄露；运动精度达不到设计要求5、应力的分类：分为静应力和变应力。

最基本的变应力为稳定循环变应力，稳定循环变应力有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种6、疲劳破坏及其特点：变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。

特点：在某类变应力多次作用后突然断裂；断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限；即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。

确定疲劳极限时，应考虑应力的大小、循环次数和循环特征7、接触疲劳破坏的特点：零件在接触应力的反复作用下，首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹，然后再滚动接触过程中，由于润滑油被基金裂纹内而造成高压，使裂纹扩展，最后使表层金属呈小片状剥落下来，在零件表面形成一个个小坑，即疲劳点蚀。

疲劳点蚀危害：减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，使其承载能力降低，并引起振动和噪声。

疲劳点蚀使齿轮。

滚动轴承等零件的主要失效形式8、引入虚约束的原因：为了改善构件的受力情况（多个行星轮）、增强机构的刚度（轴与轴承）、保证机械运转性能9、螺纹的种类：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹10、自锁条件：λ≤ψ即螺旋升角小于等于当量摩擦角11、螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角β大，自锁性好，故常用于连接；矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因β小，传动效率高，故常用于传动12、螺旋副的效率：η=有效功/输入功=tanλ/tan（λ+ψv）一般螺旋升角不宜大于40°。

1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。

主要特征:最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。

小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用举例:主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。

轴、齿轮、齿条、蜗杆等。

焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。

主要特征:具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。

应用举例:广泛用于一般要求的零件和焊接结构。

如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。

主要特征:经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5、35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征:强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。

冷态下可局部镦粗和拉丝。

淬透性低，正火或调质后使用应用举例:适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件6、65Mn——常用的弹簧钢应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。

材质1、A2-70”是不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的性能标记，“-”前的“A2”表示的是材料组别，即奥氏体钢第二组A2，“-”后的数字部分“70”表示产品的性能等级，其数字为公称抗拉强度的1/10，即，此产品的性能抗拉强度为700N/（mm*mm)。

2、8.8级螺栓的含义是螺栓强度等级标记代号由“•”隔开的两部分数字组成。

标记代号中“•”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8 、13.58.8级螺栓的前一个8的含义是每平方毫米的抗拉强度是800牛也就是80公斤的拉力，后一个八的意思是8.8级产品的屈服点为6400N/mm2。

3、65Mn、锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。

用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。

为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。

65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高，具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。

退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。

受中等载荷的板弹簧，直径达7-20mm的螺旋弹簧及弹簧垫圈.弹簧环。

高耐磨性零件，如磨床主轴，弹簧卡头。

精密机床丝杆。

切刀。

螺旋辊子轴承上的套环。

铁道钢轨等。

4、HT200材料名称：灰铁200 指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。

抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。