机械零件选材原则及工艺设计

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。

机械设计中材料的选择及其应用

机械设计中材料的选择和运用是整个机械设计中的核心，对提高机械设计的水平，保障机械产品的质量以及推动整个机械设计行业的发展具有十分重要的意义。

标签：机械设计;材料选择;应用

Abstract：the use of mechanical and material selection in the design is the core in

mechanical design，mechanical design to improve the level and guarantee the quality

of mechanical products and promote the development of the mechanical design

industry has very important significance.

Keywords：mechanical design;material selection;application

1 机械设计中材料的选择

1.1 选择载荷类型的材料

机械设计过程中，通常机械材料的外载荷性能容易导致机械设计的部分元件失效，而机械的零部件所具备的性能却能有效的防止这种零件的失效。由于失效零部件性能与材料的外载荷性能之间的矛盾，进而要求在机械材料的选择上，要以材料的载荷性能的大小作为机械选材的标准。在选材上可以将材料的载荷性能归结为两个方面：一是当零部件在外载荷力的作用下出现扭转时，其中应力大多集中在材料表层，这就表明，材料表面的性能直接决定着零部件间的控制效果。所以在机械设计材料选择上，如果机械材料需要承受载荷力，就可以选择低碳钢渗碳或者是中碳钢调质的方式对材料进行加工。通过此种材料的选择和加工方式能够确保产品的质量。二是对一些能够承受压缩或者是拉伸作用的材料，由于外载荷力作用到零件的横截面，使横截面的应力比较均衡，所以这就需要在机械材料的设计中，选择一些性能分布均匀的材料，保障在机械设计的加工、生产等环节中能够对材料进行高效的作业。

JXSJ 选材原则

一．应力的大小、性质。例：静应力可用塑性、或脆性材料

冲击应力选塑性好的材料

二．零件的工作环境。

例：从耐磨性考虑：应选用硬度高的材料或进行表面处理，合理选择配偶材料。

从耐腐性考虑：选铜合金或不锈钢。

三． 尺寸和质量。

例：要求尺寸小，选lim高材料。

要求质量轻，选lim/高材料。

四． 零件的复杂程度和材料的加工可能性

例：热处理性，焊接性。

五． 经济性

1. 材料价格低。

2. 加工费用低。

3. 利用率高。

4. 采用局部品质。….

六． 供应状况.减少机器上使用的材料品种和规格

优点：1.易购 2.品种少，便于保管

1 毕业设计图纸中的零件材料选用指南

机械学院各专业的学生通过“机械制造基础”和“机械设计”等课程的学习已经从理论和有限的实例中了解了机械工程常用的以钢铁为主的各种材料，但是由于缺乏设计实践，并没有掌握这些知识，特别是不会应用。反映在毕业设计中，学生不会正确选用所设计零件的材料及其热处理，面对总装配图明细表的材料一栏感到茫然。这份“指南”是在总结了机械学院自2009年以来历届毕业设计中有关材料选用的相关问题之后，为学生提供的一份针对性较强、简要而又实用的参考资料，以期帮助学生提高毕业设计的质量。

一、概述

机械是由各种标准件和非标零件构成的，前者由专业工厂按国家标准大批生产，可以经由市场采购取得；后者则由机械的设计人员绘制图纸，生产厂按图备料并加工制造。 进行机械设计时对标准件不存在材料选择问题，只要在总图的明细表中填写所选标准件的标准代号和规格即可，但要特别注意的是：有的标准件（如螺栓和螺钉等螺纹连接件）在同一规格下还分有不同的性能等级，在填写时也要一并标明(见附录1)。所有的非标零件都必须在明细表材料栏内填写所选用的材料，在备注一栏中还应填入所要求的热处理。

机械最基本的要求是工作可靠和经济性好。工作可靠取决于构成机械的零件有足够的强度、刚度、振动稳定性、可靠性、耐磨性；经济性则主要取决于零件的材料成本和加工费用。可见这二项基本要求都与材料密切相关。就毕业设计而言，除非任务指定要对振动稳定性和可靠性进行设计，否则一般只须对零件的强度和刚度进行设计或校核，并在设计中选择恰当的热处理和零件的表面粗糙度以及润滑设计来保证零件的耐磨性。零件的刚度不仅取决于材料的弹性模量，也取决于零件的截面惯性矩。不同材料的弹性模量当然不同，但是就钢材而言，各种钢材的弹性模量差别很小，用高强度钢代替低强度钢对提高零件的刚度是没有作用的，从零件的结构形状上增大截面惯性矩是提高刚度的唯一途径。同学在这个问题上常常陷入误区。