选用工程材料的一般原则
《工程材料》第9章 工程材料的选用
1.1 机械零件的失效 零件在达到或超过设计的预期寿命后发生的失效，属于正常失效; 在低于设计的预期寿命时发生的失效，属于非正常失效。 所谓失效是指: ① 零件完全破坏，不能继续工作; ② 零件严重损伤，继续工作很不安全; ③ 零件虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。 只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
选择，对容器的安全运行具有十分重大的意义。 制造压力容器广泛使用金属材料，主要是各种钢板，包括碳素结构钢板、
优质碳素结构钢板、锅炉钢板、高压容器用层板、低合金结构钢板、不锈钢板 及不锈钢复合钢板等。 选材时除了从使用性能、工艺性能、经济性等各方面作 全面考虑和合理选择外，还需注意其特殊性。决定压力容器工作条件的主要因 素是压力、温度和介质。其压力可高达1500~ 2500MPa，温度可在-200℃以下和 500℃以上，介质多具有腐蚀性。压力容器的热处理一般有正火、淬火与高温回 火、消除应力退火。对于不锈钢制容器，有时焊后还要求固溶处理或稳定化处 理
其工艺路线是: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频加热表面淬火→低温回 火→磨削加 工→送验入库
其工艺路线是: 下料→锻造→正火→粗加工及半 精加工→渗碳→淬火及低温回火 →喷丸→磨齿→送验入库
3.2轴类零件选材 轴是机械中的重要零件，一切做回转运动的零件都要装在轴上。轴的工 作条件是:传递转矩，承受交变的扭转应力和交变弯曲应力;轴颈承受较大的摩 擦作用，有时还要承受一定的过载或冲击载荷。根据轴类零件的工作特点可 知，其主要的失效形式有疲劳断裂、 过量变形、磨损。因此，对轴的性能要 求是:良好的综合机械性能，高的疲劳强度，轴颈处具有高的耐磨性。故轴类 零件一般用中碳钢 或 中碳合金调质钢制造，主要有 45Cr、 40Cr、40MnB、 30CrMnSi、38CrMoAl/35CrMo和40CrNiMo等。对于高速重载条件下工作的轴 类零件， 可选用20CrMnTi、20Cr等低碳合金渗碳钢，经渗碳、淬火、低温回 火后使用。
机械工程材料合理选用的基本原则
二、兼顾材料的工艺性原则
选用工艺性能良好的材料，确保产品质量、 提高加工效率、降低工艺成本。
1、工程材料的加工工艺路线 1）聚合物材料 聚合物材料（有机物原料或型材）→成型加
工（热压、注塑、热挤、喷射、真空成形 等）→切削加工或热处理、焊接等→零件。
热处理工艺不当； ➢安装使用不当 装配不良、过载使用、操
作失误、维护不善。
3、零件使用性能向材料性能的转换
1）由力学性能选材 ▪ 正确地加工、热处理工艺，可充分发挥材
料的潜力，保证零件的质量； ▪ 材料的尺寸效应，随尺寸的增大，力学性
能下降； ▪ 材料的缺口敏感性，台阶、键槽、螺纹、
焊缝、刀痕、裂纹、夹杂等“缺口”，造 成严重的应力集中，影响材料的性能；
2、对比同类零件的用材情况； 3、找出关键性能要求，进行强度计算； 4、合理选材，确定热处理方法； 5、重要零件进行试验验证。
3、零件的结构设计与热处理的关系
原则： 1）避免尖角和棱角； 2）避免截面突变； 3）采用封闭、对称结构； 4）采用组合结构。
三、注重选材的经济性原则
产品的价值V V=F/C
C C
式中 F—功能
Cmin
Байду номын сангаас
Cm
C—产品寿命周期成本
C=Cm+Cu Cm—制造成本 Cu—使用成本
Cu
O
Fm
F
图7-2 寿命周期成本－功能曲线
四、选择生态环境材料
我们拥有一个共同的地球！ 1、满足使用要求的前提下，尽量选用节约资
源、降低能耗的材料； 2、开发与选用环境相容性的新材料，并对现
有材料进行环境协调性改进； 3、尽可能选用环境降解材料； 4、开发门类齐全的生态环境材料。
工程材料组织方案
工程材料组织方案1. 引言工程材料是指在工程施工中所使用的各种材料，包括水泥、砂、石、钢筋、玻璃、涂料等。
工程材料的种类繁多，质量好坏直接影响到工程质量和安全。
为了保证工程质量和安全，必须对工程材料进行有效的组织和管理。
本方案旨在对工程材料的组织和管理工作进行规范和指导，确保工程材料的质量和安全。
2. 工程材料组织和管理的基本原则（1）合理选择：在选择工程材料时，要根据工程设计要求、标准规范、环境要求等因素来确定材料的种类和规格，确保选择的材料符合工程要求。
（2）严格把关：对进场的各种材料进行严格的检验，确保材料符合相关标准和规范。
（3）合理配置：合理配置和使用各种材料，避免浪费和滞销。
（4）科学管理：建立健全的工程材料管理制度和管理流程，加强材料的监控和追踪。
（5）严格检查：定期对工程材料进行检查，发现问题及时整改，确保材料的质量和安全。
3. 工程材料组织和管理的主要内容（1）工程材料的选用在选材过程中，应严格按照设计要求的工程材料来选择，同时要关注材料的供应情况和成本情况，确保选用的材料符合工程要求和经济可行。
（2）工程材料的进场管理对于进场的各种材料，应进行严格的检验，包括外观、成分、性能等方面的检测，确保材料符合相关标准和规范。
并及时对检验结果进行记录和归档。
（3）工程材料的分类管理根据材料的特性和用途，对工程材料进行分类管理，包括原材料、半成品和成品的分类管理，以及易腐蚀、易损坏等特殊材料的单独管理。
（4）工程材料的储存管理对于进场的各种材料，根据材料的特性和要求进行储存管理，包括储存环境、储存条件、储存期限等方面的管理，确保材料的质量和安全。
（5）工程材料的使用和配送管理在使用工程材料时，应按照相关标准和规范进行使用，避免浪费和滞销，并对材料的使用情况进行记录和追踪，确保材料的合理使用。
同时，对于配送的工程材料，应加强对运输、装卸等环节的管理，确保材料的安全。
（6）工程材料的质检管理对于工程材料进行定期的质检工作，包括抽检、全检以及责任部门的监督和检查，确保材料的质量符合要求。
工程材料的选用原则-概述说明以及解释
工程材料的选用原则-概述说明以及解释1.引言1.1 概述工程材料的选用原则是在工程建设过程中十分关键的环节，它直接影响着工程的质量、安全和可持续性发展。
合理选择适当的工程材料可以确保工程的稳定性、耐久性和经济效益。
工程材料的选用原则涉及到多方面的考虑因素，如材料的物理特性、化学性质、机械性能以及环境适应性等。
首先，工程材料的物理特性是考察材料是否适合特定工程环境的重要因素。
例如，在高温环境下，材料的热膨胀系数应与周围环境相匹配，以避免产生应力集中导致材料的开裂或变形。
其次，化学性质决定了材料的耐腐蚀性能和化学稳定性，尤其在某些特殊工况下，如海洋环境或化工厂等，对材料的耐蚀性要求特别高。
再者，工程材料的机械性能，包括强度、刚度、韧性等，决定了材料在工程中承受荷载的能力和变形行为。
最后，材料的环境适应性意味着材料在不同环境条件下的使用寿命和性能变化情况，例如对温度、湿度、光照等环境因素的适应能力。
对这些因素的综合考虑可以为工程师们提供更好的材料选择方案。
在选材原则中，还应考虑到工程的可持续性和环境保护，选择符合节能减排和资源利用效率的材料。
此外，经济性也是选材原则中必不可少的一个重要因素，不仅包括材料本身的成本，还应考虑到其加工成本、维护成本以及整体的工程成本。
综上所述，工程材料的选用原则应综合考虑材料的物理特性、化学性质、机械性能、环境适应性以及经济性等方面的因素，同时也应注重工程的可持续性和环境保护，以确保工程的质量和持久性。
随着科技的不断发展和创新，未来的工程材料选用将会面临更多新的挑战和机遇，我们可以期待更具创新性和可持续性的工程材料的涌现和应用。
文章结构是一个长文的骨架，它有助于读者理解文章的整体框架和内容安排。
本文按照以下结构展开：1. 引言1.1 概述：介绍工程材料选用原则的重要性和必要性。
解释合理选择工程材料对于工程建设的影响，并引出接下来的内容。
1.2 文章结构：本部分。
概述文章的大纲和目录，为读者提供整篇文章的结构，使其更好地理解文章的框架。
工程材料学第10章工程材料的选用
陶瓷材料的选用
• 总结词：陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特性，广泛应用于机械、化工、电子等领域。 • 详细描述：陶瓷材料如氧化铝、氮化硅等，具有优异的力学性能和化学稳定性，能够承受高温和高强度的环境。
在机械领域，陶瓷材料用于制造刀具、磨具、密封件等，具有高硬度和耐磨性，能够提高机械设备的效率和寿 命。在化工领域，陶瓷材料用于制造管道、阀门、反应器等，具有高耐腐蚀性和高温稳定性，能够保证化工生 产的稳定性和安全性。在电子领域，陶瓷材料用于制造电路基板、电容器、绝缘子等，具有优良的电气性能和 热稳定性，能够保证电子产品的可靠性和稳定性。
透光材料
选用高透光性能的材料，如光学玻璃、聚合物等， 用于制造眼镜片、镜头等。
滤光材料
选用具有特定光谱透射性能的材料，如红外截止 滤光片、紫外滤光片等。
反射材料
选用具有高反射性能的材料，如金属膜、铝膜等， 用于制造反射镜、凹面镜等。
05 工程材料选用的合材料
利用先进技术制备高性能复合材 料，提高材料的强度、刚度和耐 久性，满足高端装备和产品的需
04 功能材料的选用
电功能材料的选用
电绝缘材料
选用高绝缘性能的材料，如陶瓷、玻 璃、聚合物等，用于制造绝缘子、绝 缘套管、绝缘胶带等。
导电材料
选用高导电性能的材料，如铜、铝、 银等，用于制造电线、电缆、电极等。
压电材料
选用具有压电效应的材料，如石英、 锆钛酸铅等，用于制造压电器件。
热电材料
选用具有热电效应的材料，如碲化铋、 碲化铅等，用于制造热电器件。
复合材料的选用
• 总结词：复合材料是由两种或多种材料组成的新型材料，具有各组成材料的优 点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
机械零件的选材原则
1.1 使用性能原则
几种常用零件的工作条件、失效形式及 所要求的主要力学性能见下表.
1.1 使用性能原则
如上所述，材料各项力学性能指标可满 足零件不同的使用要求。
材料的刚性和屈服强度是保证零件在使用时 不产生过量变形的前提； 材料的硬度是满足耐磨性的重要指标 耐磨零件应选择具有较高硬度的材料； 为防止零件的疲劳破坏，材料应具有较高的 强度和韧度
热处理工艺性能
包括淬透性、淬硬性、回火稳 定性、氧化脱碳倾向、变形开裂倾向 等。碳素钢的淬透性差，强度较低， 合金钢比碳素钢的热处理工艺性好， 故结构复杂或尺寸较大且强度要求较 高的零件要选用合金钢。
1.3 经济性原则
在满足使用性能和工艺性能的前提下， 选用的材料要价格便宜、成本低廉。除考虑 材料本身的价格外，还要考虑包括加工费用和 管理费用。
1.1 使用性能原则
零件的使用性能主要指零件在 使用状态下应具有的力学性能、物理 性能和化学性能。
满足使用性能是保证零件完成 规定功能的必要条件。在大多数情况 下，它是选材首先要考虑的问题。
1.1 使用性能原则
由于工况不同，零件的工作条件 是复杂的。
从载荷性质来分，有静载荷、动载荷； 从受力状态来分析，有拉、压、弯、扭 应力；从工作温度来分，有低温、室温、 高温、交变温度等； 从环境介质来看，有加润滑剂的，有接 触酸、碱、盐、海水、粉尘的等。 有时还要考虑物理性能方面的要求，如 电导性、磁导性、热导性、热膨胀性、辐 射等。
在确定了零件的具体力学性能指标和数 值以后，即可利用各种机械手册选材。
1.2 工艺性原则
材料工艺性能的好坏对零件加工的难易 程度，生产效率、生产成本有很大关系。因此 很有必要再从满足使用性的材料中按材料工艺 性进一步选择。
装修工程材料选用方案
装修工程材料选用方案一、装修工程材料选用的基本原则装修工程材料选用对于整个装修工程的质量和效果具有重要的影响，因此，在进行装修施工时，必须要根据实际情况进行详细的考虑，制定合理的选材方案。
在选材的过程中，应该遵循以下基本原则：1. 综合考虑价格、质量、功能和环保性。
在选材时，应该从价格、质量、功能和环保性等多个方面进行全面考虑，以确保所选材料能够符合项目的预算和要求。
2. 根据不同区域和空间的特点进行选择。
不同的装修区域和空间都具有不同的功能和特点，因此在选材时必须要根据具体的情况进行选择，以满足不同区域和空间的特殊需求。
3. 尊重设计师的意见。
在进行装修工程材料选用时，应该尊重设计师的意见，听取其专业建议，以确保选材能够与整体设计方案相匹配。
4. 注重品牌和信誉。
在选材的过程中，应该注重选择具有良好信誉和高品质的知名品牌产品，以确保施工过程中不会出现质量问题。
5. 了解材料的基本性能和特点。
在选材时，应该充分了解每种材料的基本性能和特点，以便能够正确地选择适合的材料。
二、装修工程材料选用的具体方案1. 地板材料的选择地板是装修工程中使用较为广泛的一种材料，选用合适的地板材料是非常重要的。
目前市场上常见的地板材料主要包括复合地板、实木地板、强化地板等，具体选择时应该根据实际情况进行考虑：（1）复合地板：复合地板由多层不同材质的木质材料通过高温压制而成，具有较好的耐磨性和抗冲击性，适合使用在客厅、餐厅等区域。
（2）实木地板：实木地板由天然木材制成，质地坚硬，耐磨性较好，具有良好的保温性能和隔音效果，适合使用在卧室等私密空间。
（3）强化地板：强化地板是将木质纤维板与三聚氰胺树脂复合后，再经过高温、高压成型而成，具有较好的耐磨性和防水性能，适合使用在厨房、卫生间等潮湿区域。
2. 墙面材料的选择墙面是室内装修中最常见的装饰面材料，选择合适的墙面材料对于室内装修效果具有重要的作用。
目前市场上常见的墙面材料主要包括涂料、壁纸、瓷砖等，具体选择时应该根据实际情况进行考虑：（1）涂料：涂料是最常用的一种墙面装饰材料，具有颜色丰富、施工方便等优点，适合使用在客厅、卧室等干燥区域。
工程材料的选用
科技信息一、选材的一般使用原则材料的使用原则在于所选用的材料制造出机械零件后能否保证其使用性能。
使用性能即材料在使用过程中的表现，是选择材料时考虑的最主要的依据。
不同零件所要求材料的使用性能是不一样的，有的要求高强度，有的要求高硬度、高耐磨性，有的甚至无严格的性能要求，只要求一定形式的外表。
因此，选材时的首要任务是准确地判断零件所要求的主要使用性能。
1、分析零件工作条件，提出使用性能对所选材料使用性能的要求，是在对零件的工作条件及零件失效形式分析的基础上提出来的。
零件的工作条件包括：受力状况，如应力种类（如拉、压、扭或组合作用）；载荷性质（如静载、动载、交变载荷等）；环境状况（如温度、介质）；特殊状况（如电、热、磁作用）。
当材料的使用性能不能满足零件工作条件的要求时，零件就不能正常工作或造成早期失效。
通常情况下，零件所要求的使用性能主要是材料的力学性能，其性能参数与零件的尺寸参数配合构成零件的承载能力。
因此，按使用性原则选材的主要依据是材料的力学性能指标。
零件的工作条件不同、失效形式不同、力学性能指标也不同。
分析失效的目的是为了找出零件损坏的原因，为正确选材提供可靠的依据。
2、常用力学性能指标在选材中的意义力学性能指标是指强度、硬度、塑性、韧性。
①强度常用的强度指标有σs(σ0.2)、σb和σ-1，这些指标比较直观，可直接用于定量设计计算。
σs可直接用于承受拉（或压）或剪切零件的计算。
对承受弯、扭的零件，对心部的σs不应作过高的要求，但要求有一定的有效淬硬层深度。
对表面强化件，要求心部的σs值视失效形式而定。
常发生脆断者，应适当降低σs；常在过渡层或热影响区产生裂纹者，应适当提高σs。
σb可用于脆性材料或者承载简单的一般零件的计算，也可用来估计材料的σ-1，如对σb≤1400MPa的淬火回火钢，其σ-1≈0.5σb。
σs/σb称屈强比，其值愈高，材料的强度利用率愈高，但变形强化量小，过载断裂的危险性大。
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•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料） 1.铸造性能 凡相图上液-固相线间距越小、 越接近共晶成分的合金均具有较好的铸造性 能。因此铸铁、铸造铝合金、铸造铜合金的 铸造性能优良；在应用最广泛的钢铁材料中 ，铸铁的铸造性能优于铸钢，在钢的范围， 中、低碳钢的铸造性能又优于高碳钢，故高 碳钢较少用做铸件。
选用工程材料的一般原 则
2020年4月18日星期六
•2020/4/18
•2020/4/18
•2020/4/18
•❖材料的选择与应用是机械设计与制造工作中重要的基 础环节，自始至终地影响整个设计过程。
❖选材的核心问题是在技术和经济合理的前提下，保证 材料的使用性能与零件（产品）的设计功能相适应。
❖掌握各类工程材料的特性、正确选用材料及相宜的加 工方法（路线）是对机械设计与制造工程人员（广义 地应是对所有的从事产品设计与制造的技术人员）的 基本要求。
•2020/4/18
一、使用性能选材原则
•§1 选材的原则
❖分析零件的工作条件，确定其使用性能：
➢①受力情况：如载荷性质（静载、动载、交变载 荷）、形式（拉压、弯曲、扭转、剪切）、分布 （均匀分布、集中分布）与大小，应力状态；
➢②工作环境：如温度（常温、高温、低温或变温 ），介质（有无腐蚀介质、润滑剂）；
➢③其它要求：如导热性、密度与磁性等。在全面 分析工作条件的基础上确定零件的使用性能，如 交变载荷下要求疲劳性能、冲击载荷下工作要求 韧性、酸碱等腐蚀介质中工作则要求耐蚀性等。
•2020/4/18
一、使用性能选材原则
•§1 选材的原则
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料） 3.焊接性能 钢铁材料的焊接性随其碳和合金
元素含量的提高而变差，因此钢比铸铁易于 焊接，且低碳钢焊接性能最好、中碳钢次之 ，高碳钢最差。铝合金、铜合金的焊接性能 一般不好，应采用一些高级的焊接方法（如 氩弧焊）或特殊措施进行焊接。
•2020/4/18
二、工艺性能选材原则
•§1 选材的原则
❖材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加工 工艺而获得规定的使用性能和外形的能力，因此工 艺性能影响了零件的内在性能、外部质量以及生产 成本和生产效率等。
❖材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性能 也是选材时应考虑的因素。
❖理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能，即 技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利用率 高，保证甚至提高产品的质量。
•2020/4/18
三、经济性能选材原则
•§1 选材的原则
质优、价廉、寿命高，是保证产品具有竞 争力的重要条件；在选择材料和制定相应的 加工工艺时，应考虑选材的经济性原则。
所谓经济性选材原则，不仅是指选择价格 最便宜的材料、或是生产成本最低的产品， 而是指运用价值分析的方法，综合考虑材料 对产品的功能与成本的影响，以达到最佳的 技术经济效益。
高分子材料的加工工艺主要为成型加工，且工艺 性能良好，所用工具为成型模（其中主要为塑料模 ），具体的成型方法很多，如注射成型、吹塑成型 、挤压成型等；也易于进行切削加工，但因其导热 性能较差，在切削过程中应注意工件温度急剧升高 而导致的软化（热塑性塑料）和烧焦（热固性塑料 ）现象。少数情况下，高分子材料还可进行焊接与 热处理，其工艺简单易行。
•2020/4/18
•§1 选材的原则
三、经济性能选材原则（举例）
价值工程原理：价值=功能/成本
Q235
A-不锈钢
F-不锈钢
价格/使用年限 5000元/年 40000元/10年 15000元/6年
年成本/材料损耗 5000
4000
2500
3000元/停产损失 8000
4300
3000
30000元/停产损失 35000
7000
7500
？？？
•2020/4/18
一、基本概念
•§2 零件的失效与 选材
在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和 内部组织结构发生变化而失去原有的设计功 能，使其低效工作或无法工作或提前退役的 现象即称为失效。
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
4.机械加工性能 主要指切削加工性和磨削加工性，其 中切削加工性最重要。一般来说材料的硬度越高、加 工硬化能力越强、切屑不易断排、刀具越易磨损，其 切削加工性能就越差。在钢铁材料中，易切削钢、灰 铸铁和硬度处于180～230HBS范围的钢具有较好的切 削加工性能；而奥氏体不锈钢、高碳高合金钢(高铬 钢、高速钢、高锰耐磨钢)的切削加工性能较差。铝 、镁合金及部分铜合金具有优良的切削加工性能。
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料） 5.热处理工艺性能
必须首先区分是否可进行热处理强化，如 纯铝、纯铜、部分铜合金、单相奥氏体不锈 钢一般不可热处理强化；对可热处理强化的 材料而言，热处理工艺性能相当的重要。
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（高分子材料 ）
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（陶瓷材料 ）
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性 能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉浆 成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方法。陶 瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶瓷外(如 氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷虽 可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必须选用超 硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可进行热处理 ，但因导热性与耐热冲击性差，故加热与冷却时应 小心，否则极易产生裂纹。
•2020/4/18
•§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
2.压力加工性能 包括变形抗力，变形温度范围
，产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来 说，铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工艺 性能有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含量增 高，其压力加工性能变差；故高碳钢或高碳高合金 钢一般只进行热压力加工，且热加工性能也较差， 如高铬钢、高速钢等；高温合金因合金含量更高， 故热压力加工性能更差。变形铝合金和大多数铜合 金，像低碳钢一样具有较好的压力加工性能。