机械零件的材料与选用
机械零件的选材
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。
机械零件的常用材料及其选择
表9-2 价格便宜且供应充分 常用材料的相对价格
材料
种类规格
相对价格
热轧圆刚
铸件
景德镇陶瓷学院专用
碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 优质碳素钢 （φ 29~50） 合金结构钢（φ 29~50） 滚动轴承钢（φ 29~50） 合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
灰铸铁铸件 碳素钢铸件
优先数----表中任意一个数值。 大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000 。
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
7 机械零件的工艺性及标准化
一、工艺性
零件设 计要求
使用要求----具备所要求的工作能力； 制造要求----制造工艺可行，成本低；
EF G
H JS
零线
轴公差
h KM
P
D
R S
间隙配合 过渡配合
过盈配合
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基孔制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基轴制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
二、 表面粗糙度
定义：零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度 特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。
下偏差 ：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,ei
尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即
允许的尺寸变动量。
公差=Lmax- Lmax =ES-EI =es-ei
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；
公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；
机械零件的失效与选材原则10969
弹性失稳， 疲劳破坏，
断裂
磨损 脆断
综合机械性能强度 、韧性、局部表面
耐磨性
心部强度、韧性表 面高强度
及疲劳极限 耐磨性
弹性极限， 屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的 强度，韧性
8.3.2 工艺性能原则
材料的工艺性能应满足生产工艺的要求。
一、高分子材料零件选材的工艺性能原则
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时 ，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲 劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损 。
六、腐蚀磨损
腐蚀磨损是金属在摩擦过程中，同时与周 围介质发生化学或电化学反应，产生表层金 属的损失或迁移现象。
老师提示 采用耐磨性高的材料，进行合理的
表面强化处理，改变材料的组织结构 ，适度提高硬度。
●材质内部缺陷、毛坯加工(铸锻焊)工艺或 冷热加工(特别是热处理)工艺过程产生的材料 内部缺陷导致失效。
五、运转维修因素
●不正确的运转工况参数(载荷、速度等 )导致零件失效。
●忽视维修，未进行定期大、中、小检 修
●润滑条件未保证, 润滑剂和润滑方法不 合适
老师提示 在影响失效的基本因素中，特 别要强调人的因素，即注意人的素质条件 的影响。
失效导致严重事故
失效因素
一、设计因素
为了保证产品质量，必须精心设计，精心施 工。
根据零件工作条件、可能发生的失效模式， 提出技术指标，确定合适的材质、尺寸、结构 ，提出必要的技术文件。
如设计有误, 则机械设备或零件将不能使用 或过早失效。
二、制造(工艺)因素
工艺缺陷是零件失效的重要因素。 ●零件在铸造过程中产生的疏松、夹渣； ●锻造过程中产生的夹层、冷热裂纹； ●焊接过程中未焊透、偏析、冷热裂纹； ●机加工过程的尺寸公差和表面粗糙度不合 适； ●热处理产生的缺陷，如淬裂、硬度不足、 回火脆性； ●精加工磨削中的磨削裂纹等。
机械工程材料
04
特种工程材料
超导材料
超导性
某些材料在低温下电阻消 失，电流可以在其中无损 耗地流动，这种现象称为 超导性。
应用领域
超导材料在电力输送、磁 悬浮列车、核磁共振成像 等领域有广泛应用。
研究进展
目前，高温超导材料的研 究取得了重要进展，使得 超导技术的应用范围进一 步扩大。
纳米材料
纳米尺度
应用领域
再生资源回收利用的意义
随着资源的日益紧缺和环保意识的提高，再生资源的回收利用对于实现可持续发展具有重要意义。通 过回收利用废旧机械工程材料，可以减少对原生资源的开采，降低能源消耗和环境污染，同时也有助 于推动循环经济的发展。
废旧机械工程材料的处理方法和技术途径
废旧材料的分类与识别
物理处理方法
化学处理方法
和组织炎症。
应用领域
生物医用材料在医疗器械、人体 植入物、药物载体等领域有广泛
应用。
发展趋势
随着生物技术和医学的不断发展 ，生物医用材料的性能将不断提
高，应用领域也将不断扩大。
05
机械工程材料的性能与选用
力学性能与选用原则
强度
材料在静载荷作用下抵抗破坏 的能力，选用时需考虑工作应
力及安全系数。
刚度
生物处理方法利用微生物或酶 等生物制剂对废旧材料进行分 解和处理。这种方法对于处理 某些含有有机物的废旧材料具 有独特的优势。
循环经济在机械工程材料领域的应用前景
循环经济的理念
循环经济是一种以资源高效利用和循环 利用为核心的经济模式。它强调在生产 和消费过程中减少资源消耗和废弃物排 放，实现经济、社会和环境的协调发展 。
提高材料的耐磨性和耐腐蚀性
通过热处理工艺，可以在材料表面形成一层致密 的氧化膜或氮化膜，提高材料的耐磨性和耐腐蚀 性。
机械工程材料第6章典型零件选材
表6.1
工作条件 ①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速低 ③精度要求不高 ④稍有冲击
表6.1 机床主轴工作条件、用材及热处理
材料 45 主要热处理 正火或调质 硬度 220~250 HBS 使用实例 一般简式机床
①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速略高 ③精度要求不太高 ①与滑动轴承配合 ②有冲击载荷 ①与滚动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求较高 ④冲击与疲劳较小 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求很高 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，心部强度不高，转 速高 ③精度要求不高 ④有一定冲击和疲劳 ①与滑动轴承配合 ②重载荷，转速高 ③有较大冲击和疲劳载荷
2、轴类零件选材及加工工艺路线确定步骤
1）看懂零件图 了解和分析零件的形状、大小与特征； 2）分析其工作条件、性能要求和热处理要求； 3）确定材料及热处理工艺 根据用途，选择合适的材料和强 化工艺； 4）确定零件的加工工艺路线 制造轴类零件常采用锻造、切 削加工、热处理（预先热处理及最终热处理）等工艺，其中 切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺 寸变化不大的非重要轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直 接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。
右图为“解放”牌载重汽车变速箱变速 齿轮。该齿轮将发动机动力传递到后轮， 并起倒车的作用，工作时承载、磨损及 冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高 的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强 度(σb > 1 000 MPa)及韧性(αk＞60 J／ cm2)。 选材及加工工艺路线有以下两种方式。
“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮选材及加工工艺路线
2）汽车半轴： 汽车半轴是一个传递扭矩的重要 部，工作时承受冲击、弯曲疲 劳和扭转应力的作用，要求材 料有足够的抗弯强度、疲劳强 度和较好的韧性。
(完整版)机械设计基础知识点整理
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°。
机械工程材料的选用
机械工程材料的选用机械制造与自动化专业一班姓名边嘉琦学号33021701004摘要：机械行业的发展为社会经济起着保障性的作用。
机械工程中材料的合理选用有着相当重要的作用。
文章从选材的意义、原则、步骤、方法等方面，结合实际，步步深入地进行了探讨。
希望能够对相关工作起到一定的借鉴意义。
关键词：机械设计、材料、性能、选材1选材的意义现代化的工业进程对机械设计行业提出了新的要求。
机械设计中,材料的选择是非常重要的。
合理选用机械工程材料对充分发挥工程材料本身的性能潜力，保证材料具有良好的加工工艺性能，获得理想的使用性能，提高产品零件的质量，节省工程材料，降低生产成本等方面起着重大影响。
实际工作中，往往由于选材不当，使机械零件的使用性能达不到规定的技术要求．从而导致机械零件在使用过程中发生早期损坏如产生变形、断裂或磨损等等，给生产生活造成了损失。
可见材料的选择是机械设计中的重点问题，材料选择合理与否直接影响到机械设计的质量和功能。
因此，必须加强机械设计中材料选择的工作力度。
下面就如何合理选用机械工程材料的问题谈谈我个人的看法，提出来与各位同仁商讨。
2选材的原则我们知道，选材的一般原则是：由工作条件确定使用性能的要求，这是材料选用的基本出发点。
其次是要考虑材料的加工工艺性。
第三是要考虑材料的经济性。
力争使各项花费的总和达到最低值。
最终做到：“材料的使用性能足够、工艺性能良好、供应上能保证、经济性应合理”[1]。
2.1选材的一般使用原则材料的使用原则在于用所选材料制造出的机械零件能否保证其使用性能。
材料的使用性能是指机械零件在正常工作情况下材料应具备的性能。
包括力学性能和物理、化学性能等。
零件的使用性能是保证其工作安全可靠、经久耐用的必要条件。
是选材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，有的要求强度高，有的要求硬度高，有的要求耐磨性高，有的无严格的性能要求，只需保证一定形式的外表即可。
在大多数情况下应首先考虑零件的使用性能，对一般机械零件来说，则要考虑其力学性能[2]。
(精编)机械材料选用规格
(精编)机械材料选用规格当前位置：首页>>工业设计>>理论文献>>正文机械材料的规格及选用在线投稿－素材基地－论坛讨论－原创作品集－机械材料2．Cr钢碳钢中加入1%铬左右，可以增加钢的硬化能和回火软化抵抗性，铬钢一般是由830℃~880℃淬火于油中，再回火于550℃~650℃附近，由于这种钢料在回火时容易产生材质变脆的现象(称为回火脆性)，所以在回火之后必须冷却于水中或油中以避免产生回火脆性，这类钢的直径如果大于60mm，就不容易得到充分的淬火效果。
铬钢在钢的编号上属于SAE5XXX系，JIS编号为SCrxx。
铬钢经热处理淬火、回火后，硬度高、耐磨而且耐冲击，主要的用途有：挖土机重机械的钢齿、机斗、碎石机械等。
3．Mo钢Mo的硬化能效果很大，因此淬火硬化的有效距离很大。
Mo对于回火时软化的抵抗性也很好，因此可以经过高温回火，而得到极佳的强度和韧性。
钼钢含Mo量约0.2%~0.3%，另外含有少量Mn等元素，焊接性好，在钢料编号上属于SAE4XXX系，主要用途有：手工具、小型机械零件、螺栓等。
4．Ni-Cr钢钢中加铬可以增加硬化能，但是Cr含量在超过1%以上时，效果就不会再增加，因此如果需要更好的硬化能，添加Ni是一种方法，因为Ni能有效的增加肥粒铁的强度和韧性。
Ni-Cr钢的镍含量约1%~3.5%，铬含量约0.5%~1.0%。
另外，由于铬及镍加入钢中，还有防腐蚀的效果，当铬、镍含量更高时，最主要的效果就变成以防蚀为主，而不是硬化能。
在耐蚀钢中，含铬18%、镍8%的高合金钢，我们称为18-8钢，就是一种常用的不锈钢。
Ni-Cr钢在钢料编号上属于SAE3XXX及SAE43XX系，JIS编号为SNCXX，在构造用合金钢中，Ni-Cr钢是其中较为常用的，通常用于制造曲柄轴、连杆、齿轮等。
5．Cr-Mo钢含有铬和钼的合金钢硬化能大、回火抵抗性高，而且较不会产生回火脆性，所以是一种用途很广的材料。
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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。