零件材料及选用

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。

机械零件的材料与选用1. 基础材料分类机械零件的材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料三类。

1.1 金属材料金属材料是最常用的机械零件材料，主要包括铁、铝、镁、钛、铜、锌等。

金属材料优点是高强度、高刚度、高耐热、高导电性和良好的可塑性。

但是，金属材料的缺点是容易氧化、腐蚀、疲劳、塑性变形和变形回弹。

1.2 非金属材料非金属材料主要包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。

非金属材料的优点是防水、防腐、绝缘性好、重量轻和制造成本低廉。

但是，非金属材料的缺点是刚度和耐热性较差，抗腐蚀能力低。

1.3 复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料，例如纤维增强复合材料（FRC）。

复合材料的优点是强度高、密度低、刚度好、耐热、耐腐蚀，但制造难度较高，成本也较高。

2. 材料选用规则不同的机械零件需要选择不同的材料，一般有以下几个规则：2.1 力学性能机械零件在工作时需要承受一定的载荷和力量，因此所选的材料必须具备优良的强度、韧性、硬度等力学性能。

同样重要的是考虑材料在长期使用过程中的稳定性和疲劳寿命等因素。

2.2 热稳定性机械零件在工作时可能会面临高温或低温的环境，因此所选材料必须具有足够的热稳定性。

例如，使用高温合金材料能够更好地抵御高温环境对材料的影响。

2.3 耐蚀性机械零件在工作中可能会受到环境中的化学物质腐蚀，因此所选材料必须具有足够的耐蚀性。

例如，选择不锈钢材料可以更好地抵御环境中的腐蚀。

2.4 制造成本材料的制造成本也是一项重要的考虑因素，因为制造成本越高，产品价格也就越高。

因此，在选择材料时，需要综合考虑其力学性能、热稳定性、耐蚀性和制造成本等因素。

3.在机械零件的材料选用中，需要综合考虑机械零件的使用环境和使用要求，选择强度、韧性、硬度等力学性能良好的材料，并且具有足够的热稳定性和耐蚀性，同时也要充分考虑其制造成本和可用性等方面的问题。

以下是常用的20种零件材料以及它们的特性和常用场景：1. 钢材：强度高、耐磨、耐腐蚀，常用于制造机械零件、汽车零部件等。

2. 铝合金：轻质、良好的导热性和强度，常用于航空航天、汽车制造等领域。

3. 铜材：良好的导电性和导热性，常用于电子器件、电线电缆等。

4. 铸铁：高强度、耐磨、耐压，常用于制作发动机零件、工业设备等。

5. 不锈钢：耐腐蚀性好，抗磨损，常用于食品加工设备、化学设备等。

6. 聚合物（塑料）：轻质、绝缘性能好，常用于电子设备外壳、塑料制品等。

7. 碳纤维：高强度、低密度，常用于航空航天、运动器材等。

8. 聚酰亚胺：耐高温、绝缘性能好，常用于航空航天、电子器件等。

9. 聚四氟乙烯（PTFE）：耐腐蚀、低摩擦系数，常用于密封件、管道衬里等。

10. 玻璃：透明、耐腐蚀，常用于光学元件、实验室器皿等。

11. 陶瓷：高硬度、耐高温，常用于发动机部件、陶瓷刀具等。

12. 橡胶：弹性好、耐磨损，常用于密封件、橡胶制品等。

13. 硅胶：柔软、绝缘性能好，常用于电子组件保护、密封件等。

14. 锌合金：低熔点、良好的流动性，常用于压铸件、五金配件等。

15. 青铜：耐磨、导热性好，常用于轴承、齿轮等。

16. 铝青铜：耐腐蚀、耐磨性好，常用于海水设备、船舶零部件等。

17. 硬质合金：硬度高、耐磨性好，常用于切削工具、钻头等。

18. 超硬材料（如金刚石）：极高硬度、耐磨性强，常用于磨料、切削工具等。

19. 纤维复合材料：高强度、轻质，常用于航空航天、汽车制造等。

20. 合成纤维（如尼龙）：强度高、耐磨性好，常用于绳索、纺织品等。

这些材料在不同的工程和制造领域中具有广泛的应用，根据具体的需求和要求选择合适的材料可以提高产品的性能和质量。

第七章机械零件的毛坯及材料的选用第7章机械零件的毛坯及材料的选用7.1.1零件毛坯选择的基本原则7.2 零件材料的选用7.1 零件毛坯的选择常用毛坯生产方法的比较7.1.2零件的失效分析7.2.1选材的原则、方法和步骤7.2.2典型零件的选材7.2.37.1.3典型零件的毛坯选择127.1.1第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1 零件毛坯的选择零件毛坯选择的基本原则7.1零件毛坯的选择1. 使用性能原则2. 工艺性能原则1. 使用性能原则（1）结构形状和尺寸的要求对于结构形状复杂的中小型零件，应选择铸件毛坯对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯对于结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的大型零件，宜选择组合毛坯3第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1.1零件毛坯选择的基本原则1. 使用性能原则（1）结构形状和尺寸的要求（2）力学性能的要求在工作中承受冲击和交变载荷的零件，一般应选择锻造毛坯对于必须采用铸件，而又要求金相组织致密、承载能力较强的零件，应选择压力铸造、金属型铸造和离心铸造等（3）表面质量的要求对于表面外观质量要求较高、尺寸较小的非铁金属件，宜选择金属型铸造、压力铸造或精密模锻对于尺寸较小的钢铁件，则宜选择熔模铸造或精密模锻（4）其它方面的要求对于具有特殊要求的零件，必须结合毛坯材料和生产方法来满足其要求4第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1.1零件毛坯选择的基本原则1. 使用性能原则材料的工艺性能是指毛坯满足各种加工工艺要求的能力，毛坯的工艺性能与其材料和结构特征有关对于铸件，在金属材料中，铸造铝合金和铜合金的铸造性能优于铸钢。

而灰铸铁铸造性能最好。

对于锻件，低碳钢的锻造性能最好，中碳钢次之，高碳钢较差；低合金钢的锻造性能接近于中碳钢，高合金钢较差；铝合金锻造性能不是很好，而铜合金的锻造性能很好。

车床主轴是车床的主要零件，它的头端装有夹具、工件或刀具，工作时要承受扭曲和弯矩，所以要求有足够的刚性、耐磨性和抗振性，并要求很高的回转精度。

所以主轴的加工质量对机床的工作精度和使用寿命有很大的影响。

一、零件材料： 45钢技术要求：1、莫氏锥度及1：12锥面用涂色法检查，接触率为大于等于70% 。

2、莫氏6号锥孔对主轴端面的位移为+2 。

3、用环规紧贴C面，环规端面与D端面的间隙为0.05～0.1 。

4、花键不等分积累误差和键对定心直径中心的偏移为0.02 。

零件数据：（见零件图）根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：⑴尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。

⑵几何形状精度主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

⑶相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

⑸其他热处理及外观修饰等要求。

二、零件的结构特点图1所示零件是车床的主轴，它属于台阶型轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、退刀槽和键槽等组成。

轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置；键槽是便于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。

从图1所示的车床主轴零件的支撑轴颈A、B是装配基准，故对A、B两段轴颈的加工提出了很高的要求。

主轴的支撑轴颈、配合轴颈、锥孔、前端圆锥面及端面、锁紧螺纹等表面是轴的主要加工表面。

其中支撑轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。

机械零件材料及毛坯的选择与质量检验机械零件材料及毛坯的选择与质量检验随着机械制造技术的不断发展，机械零件的种类与规格越来越丰富，材料的种类与性能也不断得到提高，如何选择适合的材料毛坯并且保证其质量是机械制造的一个重要问题。

本文将从机械零件材料的选择以及毛坯质量的检验两个方面来进行探究。

一、机械零件材料的选择机械零件的材料选择在机械制造中起着至关重要的作用，在选择材料时要综合考虑机械零件受力、耐磨损、耐高温、表面光洁度、制造成本等方面的因素。

1、机械零件的受力情况机械零件在工作过程中所受到的载荷方向、大小、类型等都是材料选择的重要依据。

例如，零件受到拉伸、压缩、剪切等载荷方向不同，应选择不同的材料，如拉力较大的零件通常选择高强度材料，而剪切力较大的零件则选用耐磨材料。

2、耐磨损性能机械零件在长时间使用过程中，必然会因摩擦而产生磨损，选择耐磨材料可以有效的延长其使用寿命，常用的耐磨材料有高锰钢、铸钢、铸铁等。

3、耐高温性能在高温工况下，机械零件材料必须具有良好的高温耐受性，常用的材料有高温合金、碳素纤维复合材料等。

4、表面光洁度机械零件制造完毕后需要进行表面精磨，因此，在选择材料时要考虑其表面光洁度，一般情况下，材料表面硬度越大，表面光洁度就越难保证。

5、制造成本在选择材料时，还需要兼顾制造成本，因为不同材料其制造难度和成本都存在差异，对于一些规格相同但材料成本不同的零件，应该选择材料性能相当而成本较低的材料。

二、毛坯质量的检验毛坯是机械零件制造的基础，在检验毛坯质量时，需要重点关注以下几个方面。

1、尺寸精度的检验毛坯制造时的尺寸精度是影响零件精度的关键因素之一，因此要经常对毛坯的尺寸精度进行检验，发现问题及时整改。

2、金属组织检验毛坯的金属组织对于零件质量也至关重要，通过金相显微镜等检测设备对毛坯的金属组织进行检验，以检测其是否存在晶粒粗大、夹杂物等缺陷。

3、力学性能检验毛坯的力学性能是机械零件质量的保证之一，通过应力、拉伸等实验对毛坯的力学性能进行检测。

零件选用的制作材料零件是机器的基本组成部分，其性能和质量直接影响到整个机器的性能和寿命。

因此，在选择零件的制作材料时，需要考虑材料的性能、成本、可加工性、耐久性等多个方面。

本节将介绍一些常用的制作材料，包括金属材料、非金属材料、复合材料和其他特殊材料。

1. 金属材料金属材料是最常用的制作材料之一，包括钢铁、铜、铝、不锈钢等。

它们具有高强度、高刚性和良好的可加工性，适用于制造各种零件。

1.1 钢铁钢铁是最常用的金属材料之一，具有高强度、高刚性和良好的耐磨性。

它可以通过铸造、锻造、焊接等工艺制成各种形状和大小的零件。

钢铁适用于制造需要承受较大载荷的零件，如齿轮、轴、支架等。

1.2 铜铜是一种具有良好导电性和导热性的金属材料，常用于制造电气零件和管路。

它可以通过铸造、锻造、挤压等工艺制成各种形状和大小的零件，如电缆、插头、管件等。

1.3 铝铝是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的耐腐蚀性和可加工性。

它可以通过铸造、锻造、挤压等工艺制成各种形状和大小的零件，如汽车车身板、航空器机身等。

1.4 不锈钢不锈钢是一种具有高强度和良好耐腐蚀性的金属材料，常用于制造需要承受腐蚀的零件，如化工设备、医疗器械等。

不锈钢可以通过铸造、锻造、焊接等工艺制成各种形状和大小的零件。

2. 非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等，它们具有良好的化学稳定性、耐磨性和绝缘性。

2.1 塑料塑料是一种轻质、易成型的非金属材料，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性。

它可以通过注塑、挤出、吹塑等工艺制成各种形状和大小的零件，如电器外壳、管道、阀门等。

塑料的种类很多，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。

2.2 橡胶橡胶是一种具有高弹性、耐磨性和耐腐蚀性的非金属材料，常用于制造各种密封件和减震器。

橡胶可以通过硫化工艺制成各种形状和大小的零件，如轮胎、胶带、密封圈等。

2.3 陶瓷陶瓷是一种具有高硬度、高耐磨性和良好耐腐蚀性的非金属材料，常用于制造各种结构件和耐磨件。

〖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。

机械设计中零件材料选用的一般原则
1.功能要求原则：首先需要根据零件的具体功能要求来选择材料。

比如，对于需要承受大载荷的零件，应选用高强度的材料；对于需要耐磨损的零件，应选用具有较好耐磨性能的材料；对于需要导电或绝缘的零件，应选用导电或绝缘材料等等。

2.可加工性原则：在进行材料选择时，还需要考虑材料的可加工性。

不同材料有不同的加工性能，比如硬度高的材料难以加工，一些材料可能需要特殊的加工工艺等。

因此，应选择容易加工的材料，以保证零件的加工成本和工艺质量。

3.成本原则：材料成本是零件生产成本的一部分，因此材料选择时需要考虑成本因素。

一般来说，成本低的材料可以降低零件的生产成本，但需要确保其满足基本的功能要求。

4.可靠性原则：材料的可靠性也是材料选择的重要因素之一、在选择材料时需要考虑其抗疲劳性、耐腐蚀性等方面的性能，以确保零件在使用过程中能够长期稳定工作，减少维修和更换的频率。

5.可回收性原则：在现代社会，环保意识越来越强，可持续发展也成为一个重要的关注点。

因此，在材料选择时，应尽量选择可回收再利用的材料，以减少对环境的影响。

综上所述，机械设计中的零件材料选择应遵循功能要求、可加工性、成本、可靠性和可回收性等原则。

在实际应用中，设计师还需要根据具体情况综合考虑，以选择最优的材料，从而确保产品的性能、寿命和成本等方面的要求。

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。

一. 机械零件常用材料:
机械零件常用材料主要有黑色金属﹑有色金属﹑非金属材料和各种复合材料四大类.其中以黑色金属中的钢﹑铸铁;及有色金属中的铜合金﹑铝合金最为常用;其次是非金属材料中的高分子材料﹑陶瓷材料和复合材料.有关知识在金属工艺学及工程材料学等;分别介绍.
二. 机械零件材料的选用原则:
在机械设计中合理地选择材料是一个很重要的问题.选择零件的材料主要应考虑三方面的问题;即使用要求﹑工艺要求和经济性要求.
1.使用要求:满足使用要求是选择零件材料的最基本原则.使用要求一般包括:1零件的工作和受载情况;2对零件尺寸和重要的限制;3零件的重要程度.
在考虑使用要求时要抓住主要问题;兼顾一切.一般地讲;减轻重量是机械设计的主要要求之一.若零件尺寸取决於强度;且尺寸和重量又受到某些限制时;应选用强度较高的材料.在滑动摩擦下工作的零件应选用减摩性能好的材料或耐磨材料.在高温下工作的零件应选用耐热材料;在腐蚀介质中工作的零件应选用耐蚀材料.
2.工艺要求:所谓工艺要求;是指所选用材料的冷﹑热加工性能好.比如同是箱体零件采用铸件还是焊接件;要看生产批量大小.大批量宜用铸件;小批量宜用焊接件.如果是铸造毛坯应选用流动性好的材料;若是焊接件应选用焊性好的材料.
选择材料还必须考虑材料热处理的工艺性.
由於一般零件都必须经切削加工;所以选择材料还要考虑其切削性能易断屑﹑表面光滑﹑刀具磨损小等
3.经济性要求:经济性首先体现在材料的相对价格上;在满足上述两方面选材原则基础上;应尽可能选择价格低廉的材料.其次对经济性不能只从材料价格上考虑;其加工制造费用;使用维护费用都应考虑在内.总之;经济性要综合考虑.。