机械零件材料的选用原则

机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。

机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。

1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。

2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。

一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。

（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。

②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。

如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。

（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。

﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。

﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。

2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。

机械零件毛坯的选择1. 引言在机械制造行业中，机械零件的制造是一个关键的环节。

选择合适的毛坯是确保产品质量和性能的重要因素之一。

本文将介绍机械零件毛坯的选择原则和常见的毛坯材料及其适用范围，以帮助读者更好地理解和选择合适的毛坯。

2. 机械零件毛坯的选择原则为了保证机械零件的制造质量和性能，选择合适的毛坯是至关重要的。

以下是机械零件毛坯选择的一些原则：•材料性能符合要求：选择毛坯时，首要考虑的是材料的性能是否符合机械零件的使用要求。

例如，对于耐磨性要求较高的零件，应选择具有较高硬度和耐磨性的材料。

•尺寸和形状适合加工：毛坯的尺寸和形状应尽可能接近最终产品的要求，以减少加工工序和材料浪费。

同时，还要考虑毛坯是否容易加工和定位。

•成本可接受：选择毛坯时，还需要考虑其成本是否可接受。

不同材料的成本相差较大，合理选择可以在不影响产品质量的前提下降低制造成本。

•资源可获取：毛坯的选择还需要考虑资源的可获取性，包括供应稳定性和供应商的信誉度。

确保能够长期稳定地获取所需的毛坯材料。

3. 常见的机械零件毛坯材料及其适用范围3.1 碳钢碳钢是一种常见的毛坯材料，因其具有良好的可加工性、较低的成本和广泛的应用范围而受到广泛的应用。

适用于制造一些强度要求不高的机械零件，如螺栓、轴承和传动齿轮等。

3.2 不锈钢不锈钢具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能，适用于制造对耐腐蚀性能有要求的机械零件，如阀门、管道和食品加工设备等。

3.3 铝合金铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于制造轻型零件和具有散热需求的零件，如汽车零件、航空部件和电子设备外壳等。

3.4 铜合金铜合金具有良好的导电性和导热性能，适用于制造电子设备连接器和散热器等。

3.5 高温合金高温合金具有优异的耐高温和耐腐蚀性能，适用于制造具有高温工作环境的零件，如航空发动机零件和炼油设备零件等。

3.6 塑料某些机械零件可以使用塑料毛坯进行制造，特别是对于需要较低重量和较低噪音的零件。

机械零件选材原则及工艺设计机械零件的选材原则及工艺设计在机械设计中，选择合适的材料和有效的工艺是非常重要的，因为这直接影响了零件的质量、性能和使用寿命。

下面是一些机械零件选材原则及工艺设计的重要考虑因素。

1. 材料的机械性能：机械零件必须具有足够的强度、硬度和耐磨性，以承受预期的工作载荷和环境条件。

因此，在选择材料时，应该考虑其拉伸强度、屈服强度、断裂韧性和硬度等机械性能指标。

2. 材料的耐腐蚀性：机械零件往往要在各种恶劣的环境条件下工作，如高温、湿度或腐蚀性介质。

因此，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以保证零件的长期稳定性和可靠性。

3. 材料的热处理性：有些机械零件需要进行热处理，以改善其机械性能和硬度。

因此，在选材时，应选择适合热处理的材料，以便在工艺设计中能够获取所需的材料性能。

4. 材料的可加工性：机械零件的制造通常需要各种加工操作，如切削、铣削、焊接等。

因此，材料的可加工性也是选材的重要因素，应选择易于加工的材料，以保证制造成本和质量。

5. 材料的经济性：在选材时，还必须考虑材料的成本因素。

有时候，高性能材料可能很昂贵，但在某些应用中，可以使用性能适当的低成本材料来替代。

工艺设计也是机械零件设计中重要的一环。

下面是一些常见的工艺设计考虑因素：1. 制造工艺的可行性：在工艺设计中，应考虑零件的复杂度和制造难度。

有时候，可能需要进行多道复杂的加工操作，而在其他情况下，使用简单的加工过程就可以完成。

因此，在工艺设计中应选择最合适和最经济的制造工艺。

2. 精度要求：机械零件的精度直接影响其质量和功能。

因此，在工艺设计中，应根据零件的功能需求和装配要求，确定适当的制造精度和加工工艺。

3. 工艺的可重复性和稳定性：工艺的可重复性和稳定性对零件的质量和一致性至关重要。

因此，在工艺设计中，应选择稳定可靠的加工工艺和设备，以确保批量生产的一致性和质量可控。

总之，在机械设计中，选材和工艺设计是同等重要的。

机械设计中材料的选取原则机械的诞生，解放了生产力，成为推动社会快速进步的中坚力量。

而致力于现阶段的机械行业发展状况而言，笔者认为，很有必要在材料的选取上，再做深入研究，以期从机械材料方面，更好的推动机械行业的优化及对社会发展的促动作用。

基于此，本文主要阐述了机械设计中材料选取的意义，并就材料的选取原则进行分析，望对我国机械行业发展有所帮助。

标签：机械设计; 材料;选取引言对于机械行业而言，材料的正确选取至关重要，它不但影响着机械的质量，同时也会对机械性能的发挥产生重要影响，因此，在机械设计中，尤其在各行各业都已机械生产为主的阶段中，必须重视材料的选取，只有这样，才能以机械带动社会的发展。

一、机械设计中的选取材料的意义机械设计中材料的正确选取，不仅可以为企业节约生产成本，同时，也可以使机械零件的质量得到提升。

因此，在材料选取时，一方面保证选择适合的、实用的材料，另一方面，为了节约资源、保护环境，还要在选材的过程中充分考虑材料的经济性和环保性。

通过良好的完成机械设计材料的选择工作，从而推动机械设计行业的稳步发展。

在机械设计中首先应当选择符合设计要求的材料，然后对材料进行科学合理的运用，实现节能、环保、经济的相统一，进而全面促进我国机械设计行业的可持续发展。

因此，在新形势下，必须要提高机械设计中的选材水平，更好地做好机械设计中材料的运用，推动机械设计行业的发展。

二、机械设计中材料的选取原则1、坚持使用性的要求材料的使用性是选材时需要坚持的首要要求，这也是保证材料性能和质量的根本因素。

不同零件在选材的方面有不同的要求，一些零件对强度有很高的要求，另一些零件更加侧重于零件的耐磨性，甚至一些零件更加外观方面的美观。

因此，在选材时，要坚持根据不同零件采取不同的选材策略，准确地判断零件使用性能方面的要求，选择真正适合零件设计的机械材料。

2、选择载荷类型的材料通过大量的试验和研究，我们发现在机械设计中导致大部分零件实效的原因是由机械材料的外载荷性能所导致的，但是机械零部件具有的应用性能可以对这种问题进行有效的抑制。

机械制造常用材料选择原则摘要：机械制造行业在我国经济发展中起着重要的作用。

机械零部件的材料选择是影响机械产品质量、性能、寿命的一个关键因素。

因此，制造商在选择材料时，必须遵循一定的原则，以确保机械零件与机器设备的可靠性和性能的一致性。

关键词：机械制造；常用材料；材料选择。

当今，机械制造已成为现代工业生产的重要组成部分，是现代工业生产的关键性产业之一，在制造机器、设备、零部件和工具时，材料的选择尤为重要，机械制造材料的选择对提高机器和设备的性能和寿命等都有非常大的影响。

本文将介绍机械制造中常用的材料种类和如何选择机械制造材料的原则。

一、机械制造中常用的材料类型在机械制造中，材料种类比较繁多，但大多可以归为以下几大类：（1）钢材。

钢材是机械制造中应用最广泛的材料。

钢材具有高强度、高韧性、易加工和成本较低等优点。

钢材根据其成分、用途不同，可以分为碳钢、合金钢、不锈钢、特殊钢等。

（2）铸铁。

铸铁是指用铁、钢或其他金属作为主要成分的合金。

铸铁的耐磨性、抗压性以及很好的防腐蚀性能使其在机械制造领域广泛应用。

铸铁可以分为灰口铸铁、球墨铸铁和白口铸铁三大类。

（3）有色金属。

以铜、铝、镁、钛等为代表的有色金属因具有良好的导电性、导热性、可加工性和高耐腐蚀性等特性，被广泛应用于机械制造中的各个领域。

（4）塑料。

塑料材料是机械制造中最常见的工程塑料之一。

相对于金属材料，塑料具有很多优点，比如质量轻、成本低、绝缘性好、抗腐蚀性好等。

塑料的应用范围广泛，包括体积小的机械零件、自行车、电视机、电子电路等。

它是一种高效且低成本的选择，也具有较高的强度和刚性，也适用于大量生产规模下的零部件制造，如家电、电子产品、医疗设备、建筑材料等。

（5）合成材料。

为了满足对于材料轻质化、高强度、高刚性的要求，合成材料应运而生。

其中最常用的合成材料是复合材料，由纤维增强材料和树脂或金属基体材料组成。

复合材料具有极高的强度和轻质化特性，适用于需要高质量和高效率的领域，如航空和航天技术、体育设备、汽车和能源等。

机械零件的常用材料及其选择原则1．铸铁与钢是以它们含碳量的高低来区分的，一般含碳量高于_______者为铸铁，低于此值为钢。

（1）2% （2）2.5% （3）3%（4）3.52．灰铸铁和钢相比较，_______不能作为灰铸铁的优点。

（1）价格便宜（2）抗压强度较高（3）抗磨性和减磨性好（4）承受冲击载荷能力强（5）铸造性较好（6）吸震性强3.铸铁中的_______，起强度接近于45号钢，并有良好的耐磨性，现已广泛用来代替钢材，铸造发动机中的曲轴、铁轨、齿轮、蜗轮等零件。

（1）可锻铸铁（2）优质铸铁（3）球墨铸铁（4）耐热铸铁4.灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、低碳钢、中碳钢这五种材料中，有_______可以进行铸造。

（1）一种（2）两种（3）三种（4）四种5．下列材料牌号中，灰铸铁是_______。

（1）ZG25 （2）QT40-10 （3）HT20-40 （4）ZH62 （5）ZL1026．金属材料的牌号为HT20-40，其中20表示材料的_______。

（1）抗弯（2）抗拉（3）抗压（4）屈服7．金属材料的牌号为HT25-47，其中47表示该材料的_______。

（1）抗拉强度（2）屈服强度（3）抗弯强度（4）延伸率8．普通碳钢及优质碳钢通常以_______的形式，供应用户制造机械零件。

（1）块状原料（2）型材（3）钢锭9．碳素结构钢的含碳量在_______以上的，称为高碳钢。

（1）（0.25-0.5）% （2）（0.55-0.7）% （3）（0.8-0.95）% （4）0.95%10．碳素结构钢中，中碳钢的含碳量通常为_______。

（1）（0.1-0.3）% （2）（0.3-0.5）% （3）（0.5-0.7）% （4）（0.7-0.9）%11．碳素结构钢的含碳量低于_______时为低碳钢。

（1）0.25% （2）0.5% （3）0.6% （4）0.7%12.碳素结构钢的含碳量越高，则_______。

第十四章零件选材与加工工艺分析习题解答14-1 选择材料的一般原则有哪些? 简述它们之间联系。

答：选择材料的一般原则有①材料的使用性能应满足零件的使用要求；②) 材料的工艺性应满足加工要求；③选材时，还应充分考虑经济性。

在选用材料时，必须了解我国的资源和生产情况，从实际情况出发，全面考虑材料的使用性能、工艺性能和经济性等方面的因素，以保证产品性能优良、成本低廉、经济效益最佳。

14-2 什么是零件的失效? 一般机械零件的失效方式有哪几种?答：所谓失效是指：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作很不安全；③虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。

一般零件的失效方式有：断裂、表面损伤、磨损、疲劳破坏、过量变形等。

14-3 生产批量对毛坯加工方法的选择有何影响?答：毛坯选择要考虑加工成本，成本与生产批量有关系：①在单件小批量生产的条件下，应选用常用材料、通用设备和工具、低精度、低生产率的毛坯生产方法。

②在大批量生产的条件下，应选用专用材料、专用设备和工具以及高精度高生产率的毛坯生产方法。

这样，毛坯的生产率高、精度高。

虽然专用材料、专用工艺装备增加了费用，但材料的总消耗量和切削加工工时会大幅度降低，总的成本也较低。

③单件、小批生产时，对于铸件应优先选用灰铸铁和手工砂型铸造方法；对于锻件应优先选用碳素结构钢和自由锻方法；在生产急需时，应优先选用低碳钢和手工电弧焊方法制造焊接结构毛坯。

④在大批量生产中，对于铸件应采用机器造型的铸造方法，锻件应优先选用模型锻造方法，焊接件应优先选用低合金高强度结构钢材料和自动、半自动的埋弧焊、气体保护焊等方法制造毛坯。

14-4 毛坯的选择原则是什么? 它们之间的相互关系如何?答：毛坯的选择原则是：保证零件的使用要求；降低制造成本，满足经济性；考虑实际生产条件。

三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。

14-5 热处理的技术条件包括哪些内容? 如何在零件图上标注?答：热处理技术条件的内容包括：零件最终的热处理方法、热处理后应达到的力学性能指标等。

机械工程材料的选用原则材料的选用教学目的及要求通过本章学习，使学生了解零件的失效形式与提高材料性能的途径，掌握零件选材的一般原则和方法。

主要内容1．零件的失效形式与提高材料性能的途径2．零件选材的一般原则和方法3．典型零件的选材及应用实例学时安排2学时教学重点1．零件的失效形式与提高材料性能的途径2．零件选材的一般原则和方法教学难点零件的失效形式与提高材料性能的途径教学过程第一节选材的一般原则一.材料的使用性能――选材的最主要依据指的是零件在使用时所应具备的材料性能，包括机械性能、物理性能和化学性能。

对大多数零件而言，机械性能是主要的必能指标，表征机械性能的参数主要有强度极限σb、弹性极限σe、屈服强度σs 或σ0.2、伸长率δ、断面收缩率ψ、冲击韧性ak及硬度HRC或HBS等。

这些参数中强度是机械性能的主要性能指标，只有在强度满足要求的情况下，才能保证零件正常工作，且经久耐用。

在材料力学的学习中，已经发现，在设计计算零件的危险截面尺寸或校核安全程度时所用的许用应力，都要根据材料强度数据推出。

附表：几类典型零件的工作条件失效形式及主要机械性能指标可以看出，在设计机械零件和选材时，应根据零件的工作条件，损坏形式，找出对材料机械性能的要求，这是材料选择的基本出发点。

二.材料的工艺性能材料的加工工艺性能主要有：铸造、压力加工、切削加工、热处理和焊接等性能。

其加工工艺性能的好坏直影响到零件的质量、生产效率及成本。

所以，材料的工艺性能也是选材的重要依据之一。

1典型零件工作条件失效形式过量塑性变形或由疲劳而造成破断齿面过度磨损、疲劳麻点、齿的折断颈部摩擦、过度磨损、疲劳破断而失效弹性丧失或疲劳破断重要螺栓承受交变拉应力重要传动齿轮承受交变弯曲应力、交变接触压应力、齿面受滚动摩擦冲击载荷曲轴轴类承受交变弯曲应力、扭转应力、冲击载荷弹簧交变应力、振动滚动轴承点线接触下的交变压应力、滚动摩擦过度磨损、疲劳破断而失效主要力学性能指标σ0.2、HBSσ-1p σ-1、σbb、HRC、接触疲劳强度σ0.2、σ-1、HRC σs／σb、σe、σ-1p σbc、σ-1、HRC 注：σσ-1p为抗压或对称拉伸时的疲劳强度；σ-1光滑试样对称弯曲应力时的疲劳强度；σbb抗弯强度；bc抗压强度。

机械零件的选择对于整个机械设备的性能和稳定性具有至关重要的影响。

在机械零件的选择中，材料的选择是一个至关重要的环节。

不同的材料具有不同的特性，因此在机械零件的选择中，需要根据具体的工作环境和使用要求来选择合适的材料。

下面将介绍机械零件选择材料的原则。

一、根据零件的功能和工作环境选择材料在选择材料时，需要考虑零件所处的工作环境和其具体的功能。

不同的工作环境对材料的要求不同，例如在潮湿的环境中，需要选择耐腐蚀的材料；在高温环境中，需要选择耐高温的材料。

另外，不同的零件具有不同的功能，需要选择符合其功能要求的材料，如需要具有良好的强度和韧性的零件，需要选择高强度的材料。

二、考虑成本和可加工性在选择材料时，还需要考虑材料的成本和可加工性。

不同材料的成本和加工难度是不同的，因此需要在满足性能要求的前提下，尽量选择成本低廉、易加工的材料，以降低生产成本，提高生产效率。

三、考虑材料的可靠性和耐久性在选择材料时，还需要考虑材料的可靠性和耐久性。

材料的可靠性和耐久性直接影响机械设备的使用寿命和性能稳定性。

因此需要选择具有良好可靠性和耐久性的材料，以确保机械设备的长期稳定运行。

四、综合考虑各方面因素在实际选择材料时，需要综合考虑上述因素，找到一个最佳的平衡点。

根据具体的情况，权衡各方面因素，选择最适合的材料，从而保证机械零件的性能和可靠性。

机械零件选择材料的原则主要包括根据零件的功能和工作环境选择材料、考虑成本和可加工性、考虑材料的可靠性和耐久性，综合考虑各方面因素。

只有在全面考虑各个方面因素的基础上，才能选择到最适合的材料，确保机械设备的稳定运行和性能发挥。

为了更全面地讨论机械零件选择材料的原则，接下来将对上述内容进行扩展。

五、考虑材料的强度和硬度在选择材料时，需要充分考虑材料的强度和硬度。

不同的零件需要具备不同的强度和硬度来承受不同的压力和载荷。

在一些高载荷、高压力的工作环境中，需要选择具有高强度和硬度的材料，以确保零件在工作时不会出现断裂或变形的情况。

〖任务描述〗机械零件材料及毛坯的选择车床主轴是指机床上带开工件或刀具旋转的轴，它是打算机床的加工质量和切削效率的重要部件。

下面以图 6-1 所示的C616 型车床主轴为例来分析其选材及热处理方法。

明确任务，在任务的驱动下学习。

图 6-1 C616 型车床主轴〖任务分析〗该车床主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，载荷不大，转速中等，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。

但大的内锥孔、外锥体与卡盘、顶尖之间有摩擦，花键处与齿轮有相对滑动。

为防止划伤和磨损，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。

轴颈与滚动轴承协作硬度要求不高。

C616 型车床主轴选用 45 钢。

热处理技术条件为整体硬度 220～250 HBW；内锥孔和外锥体 45～50 HRC；花键局部 48～53 HRC。

其加工工艺路线为锻造—正火—粗加工—调质—半精加工—淬火、低温回火—粗磨(外圆、锥孔、外锥体)—铣花键—花键淬火、回火—精磨。

〖相关学问〗学习情境一零部件的失效一、零部件失效的概念及形式一般机器零件常见的失效形式有过量变形、断裂和外表损伤三种。

1.过量变形把握零部件失效（1）过量弹性变形。

机械零件在使用过程中只要受力必定会发生弹性变形，但是弹性变的概念。

形量过大会使零件失效。

引起弹性变形失效的缘由主要是零部件的刚度缺乏。

要预防过量弹性变形，则应选用弹性模量大的材料。

（2）过量塑性变形。

零部件承受的静载荷超过材料的屈服强度时，将产生塑性变形。

过量塑性变形是机械零件失效的重要形式，轻则使机器工作状况变坏，重则使机器无法连续运行，甚至破坏。

（3）蠕变。

在恒定载荷和高温下，蠕变一般是不行避开的，通常是以金属在肯定温度和应力下经过肯定时间所引起的变形量来衡量。

2.断裂1）韧性断裂韧性断裂时，零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明显的塑性变形，尺寸发生明显的变化。

一般断面缩小，且断口呈纤维状。

零件的韧性断裂往往是由于受到很大的载荷或过载引起的。

机械零件材料选用的原则要考虑三个方面的要求1、使用要求（首要考虑）：1）零件的工况（震动，冲击，高温，低温，高速，高载都应当慎重对待）；2）对零件尺寸和质量的限制；3）零件的重要程度。

（对于整机可靠度的相对重要性）2、工艺要求：1）毛坯制造（铸造，锻打，切板，切棒）；2）机械加工；3）热处理；4）表面处理;3、经济性要求：1）材料价格（普通圆钢与冷拉型材，精密铸造，精密锻造的毛坯成本与加工成本的对比）；2）加工批量和加工费用；3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的规格，合理的加以利用）4）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代铜套，用含油轴承替代车削加工的一些套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等）。

另外，还要考虑当地材料的供应情况。

机械设计的基本要求.a) 对机器使用功能方面的要求要注意协调、平衡！防止木桶效应的出现b) 对机器经济性的要求：设计经济性，在短的时间里投产上市，捞回开发期间的消耗，甚至边设计边制造；使用经济性，要有最佳的性能价格比（产品在小批量做开始赚了，再来改的更好）2、对机械零件设计的基本要求.a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种功能b) 要尽量降低零件的生产、制造成本c) 尽可能多的采用市场常见标准件。

d) 对可能系列化的产品，尽可能的在开始设计的时候考虑零件的通用性，无法通用的也要尽可能的在结构上类似，以减少制造过程的工艺编排，夹具工装设计的工作机械设计往往离不开自己的阅历，经验的积累固然可以从书本上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础，要理解吸收真的是一件很不容易的事。

呵呵。

机械设计贯穿设计、制造、使用，维护的整个过程，设计时的疏忽总会在这些方面反映出来，成功与否是很容易判断的。

设计的过程中，受制造的影响很大，亦就是说好的设计是不能脱离制造的，对制造越了解，越有助于提高设计水平。