项目7 常用机械零件的材料选择
机械零件常用材料
附录A 机械零件的常用材料 机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。
其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。
金属材料包括黑色金属（钢、铸铁）和有色金属，前者应用最多。
此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一个新方向。
下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。
A.1 钢钢的品种多，性能好，是机械零件最常用的材料。
A.1.1 碳素钢碳素钢的性能主要取决于含碳量，即碳的质量百分含量。
含碳量越高，钢的强度越高，塑性越低。
由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。
碳素钢分为碳素结构钢（GB/T 700—1988）和优质碳素结构钢（GB/T 699—1988）。
前者主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。
这类钢只保证机械强度，不保证化学成分，故不能进行热处理。
优质碳素结构钢含磷、硫等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的机械性能和化学成分，可以进行热处理，故常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含量。
如45钢，其平均含量碳为0.45%。
对于含锰量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在含碳量数字之后加注符号“Mn”，如40Mn等。
平均含碳量低于0.25%的钢称为低碳钢，其强度极限和屈服点低，而塑性好，适用于冲压、焊接加工；平均含碳量在0.25%～0.60%之间的钢称为中碳钢，中碳钢既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，综合力学性能较好，常用来制造螺栓、螺母、齿轮、键、轴等零件；平均含碳量高于0.60%的钢称为高碳钢，它具有很高的强度和弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。
A.1.2 合金钢为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而形成的钢称为合金钢。
不同的合金元素，使钢获得不同的性能。
如铬能提高硬度、高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。
常用零件材料介绍资料
常用零件材料介绍资料1.钢材：钢材是最常见的零件材料之一、它具有高强度、刚性和耐腐蚀性。
钢材可以分为碳素钢、合金钢和不锈钢三种类型。
碳素钢是含有较高碳含量的钢铁，通常用于零件需要强度和硬度的应用。
合金钢是通过添加其他元素来提高钢材的性能，比如增强耐磨损性能或抗腐蚀性能。
不锈钢由铁、铬、镍和其他元素组成，具有优异的抗腐蚀性能和高温强度。
2.铝合金：铝合金由铝与其他金属元素混合而成。
它具有低密度、高比强度和良好的导热性能。
铝合金可以通过加工得到各种形状，适用于各种不同需求的零件制造。
此外，铝合金还具有良好的耐腐蚀性和可回收性。
3.铜材：铜具有良好的导电和导热性能。
它还具有良好的可塑性和耐腐蚀性能。
铜通常用于需要良好导电性能的零件制造，比如电子设备和电线。
4.塑料：塑料是一种轻便、耐腐蚀和易加工的材料。
塑料具有良好的抗冲击性和电绝缘性能，而且可以通过注塑成型等方式制造出各种形状和尺寸的零件。
塑料通常用于电子、汽车和家电等行业的零部件制造。
5.玻璃：玻璃是一种无机非金属材料，具有良好的透明性和化学稳定性。
玻璃可根据需要制造成各种形状的零件，比如触摸屏和显示器。
此外，玻璃还具有良好的电绝缘性能和高温耐性。
6.聚合物复合材料：聚合物复合材料由聚合物基体和加入增强剂（如玻璃纤维或碳纤维）组成。
这种材料具有良好的强度和刚度，并且可以具备不同的物理性能，如耐热性、耐腐蚀性和耐磨性。
聚合物复合材料常用于航空航天、运动器材和汽车工业等领域。
7.天然橡胶：天然橡胶是一种弹性体，具有良好的耐磨性和抗撕裂性。
它具有高弹性和耐腐蚀性，通常用于需要密封性能和缓冲性能的零件制造。
8.铸铁：铸铁是一种具有高碳含量的铁合金，具有良好的韧性和可加工性。
铸铁通常用于制造需要耐磨损和耐腐蚀性的零件，如发动机缸体和机械零件。
这些常见的零件材料具有不同的性能和应用领域。
在选择材料时，需要根据零件的具体要求和工程需求来选择最适合的材料。
常用的20种零件材料及其特性和应用场景
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。
机械零件的常用材料特性及应用
料
用 材
動
滑
求
易耐 要
:
性易
熱度
導硬
處性
磨
/
充 分
/
加
工
性
/
理 性
考考考選熱
耐慮慮用
/
○
磨韌成 性性本 時時時
○
(S45C)
○
(SCM440/SK2)
○
(SKS3/SKD11/SKH61)
2.铝合金：防 锈铝、硬铝 、 超硬铝、锻铝、 型材等。
特点： 防锈铝(抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，
鍍Cr 高硬度,耐磨性,耐蝕性
鋼/
銅及合金
鍍Ni 耐蝕性,穩定性
鋼/
表面处理：
銅及合金
鍍Zn 防腐性,不脫落
銅
發藍 防蝕性
鋼
染黑 防蝕性
鋼
陽極處理 鋁
防蝕性,防氧化
2.选材原则——材料的经济性
从实际出发，全面考虑机械性能、 工艺性能、生产成本。
降低成本，就近取材； 考虑材料生产、供应情况； 选材少而集中，便于采购和管理
塑料 橡胶 合成纤维
一、金属材料
常用金 属材料
铸铁 ----含碳量>2% 钢 ----含碳量≤ 2%
铜合金
铁碳合金
1.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、 耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。
特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善S45C)，其次是硅、锰、硼、钒类合
零件毛坯获取方法：辗压、铸造。
应用：应用范围广泛。
二、非金属材料
1. 橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。 常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。
机械制造常用材料选择原则
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。
机械零件常用材料
机械零件常用材料机械零件的材料选择对于产品的质量和性能起着至关重要的作用。
在实际生产中，我们经常会遇到各种不同的材料选择问题。
本文将就机械零件常用的材料进行介绍，希望能够为大家在材料选择上提供一些帮助。
首先，我们来介绍一下常见的金属材料。
不锈钢是一种常用的金属材料，它具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，适用于制作需要耐腐蚀的零件。
铝合金是另一种常用的金属材料，它具有较轻的重量和良好的导热性能，适用于制作轻型零件。
钢材是机械零件中最常见的材料之一，它具有良好的强度和韧性，适用于制作承受较大载荷的零件。
除了金属材料，塑料材料在机械零件中也有着广泛的应用。
聚乙烯是一种常用的塑料材料，它具有较好的耐磨性和耐化学腐蚀性，适用于制作耐磨零件。
聚丙烯是另一种常用的塑料材料，它具有较好的刚性和耐热性，适用于制作需要较高刚性的零件。
聚氯乙烯是机械零件中常用的塑料材料之一，它具有良好的耐腐蚀性和绝缘性能，适用于制作耐腐蚀和绝缘的零件。
此外，复合材料在机械零件中也有着重要的应用。
玻璃钢是一种常用的复合材料，它具有较好的强度和耐腐蚀性，适用于制作需要较高强度和耐腐蚀性能的零件。
碳纤维复合材料是另一种常用的复合材料，它具有较轻的重量和较高的强度，适用于制作轻型高强度零件。
陶瓷复合材料是机械零件中常用的复合材料之一，它具有良好的耐磨性和耐高温性能，适用于制作耐磨和耐高温的零件。
综上所述，机械零件的材料选择需要根据零件的具体要求来进行合理的选择。
不同的材料具有不同的特性和适用范围，我们需要根据实际情况来进行选择，以确保产品具有良好的性能和质量。
希望本文所介绍的内容能够为大家在机械零件材料选择上提供一些参考，谢谢阅读！。
机械工程中常用的材料及其特性分析
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
机械常用材料
机械常用材料机械常用材料主要包括金属材料和非金属材料两大类。
下面将依次介绍几种常见的机械材料。
1. 碳钢：碳钢是一种常用的金属材料，具有良好的机械性能和可加工性。
根据碳含量的不同，碳钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢具有良好的可焊性和可塑性，适用于制作一些需要韧性的零件；中碳钢具有较高的强度和硬度，在制作一些需要更高强度的零件时常被选用；高碳钢具有很高的强度和硬度，适用于制作刀具等要求尖锐切削的零件。
2. 不锈钢：不锈钢是一种耐腐蚀的金属材料，具有良好的韧性、耐高温性和耐磨性。
不锈钢的主要成分是铁、铬和镍，可以根据其成分的不同分为多种不锈钢材料，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
不锈钢广泛用于制作机械零件、容器和管道等，在食品、化工、医药等领域得到广泛应用。
3. 铝合金：铝合金是一种轻质的金属材料，密度小于钢和铜，但具有较高的强度和良好的耐腐蚀性。
铝合金具有良好的导热性和导电性，易于加工和成型，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
根据不同的添加元素和成分比例，铝合金可以分为多种类型，如硬铝合金、超高强度铝合金和铸造铝合金等。
4. 聚合物材料：聚合物材料是一种非金属材料，通常具有轻质、耐腐蚀、绝缘性和可塑性等特点。
聚合物材料可以分为热塑性和热固性两种类型。
热塑性聚合物具有较好的可塑性，可通过加热软化后再次成型；热固性聚合物在加热后会发生硬化反应，成型后无法再次熔化。
聚合物材料广泛应用于制作塑料零件、橡胶制品、绝缘材料等，是现代机械制造中不可或缺的材料之一。
除了上述几种常见的机械材料外，还有很多其他常用材料，如黄铜、铜、钛合金、复合材料等，具体选择材料需要根据不同的工程需求和使用环境进行综合考虑。
不同的材料具有不同的优点和适用范围，合理选择材料可以提高机械零件的性能和寿命。
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❖ （3）表面损伤失效
❖ 零件或工具在工作过程中，可能会由于机械和（或）化学的作用，使工 件表面及表面附近的材料受到严重损伤，以致不能工作，这种基本上局 限于表面层的失效形式，称为表面损伤失效。
❖ ①磨损失效
❖ 磨损主要是在机械力的作用下，相对运动的接触表面的材料以细屑形式 逐渐磨损，而使零件或工具的尺寸不断变小的一种失效方式。
❖ (3)经济性原则
❖ 经济性原则是指所选用的材料加工成零件后能否做到成本低廉、价格便 宜，在满足使用性和工艺性原则的前提下，尽量降低零件总成本，以提 高经济效益。材料的经济性一方面反映在原材料的价格上，另一方面还 反映在工艺成本上，选材时还应考虑工厂的生产特点，设备条件，技术 水平等现实情况，在确保满足零件主要要求的前提下，兼顾其余要求， 综合考虑进行选材。材料的经济性主要从以下几方面考虑
项目7 常用机械零件的材料选择
1 任务7.1零件的失效形式 2 任务7.2零件毛坯热处理技术条件 3 任务7.3典型零件的选材 4
项目导读
❖ 机械零件和工具使用的材料，其种类繁多，因 此如何合理地选择材料，就成为一项重要的工作。 每个机械零件或工具不仅要符合一定的外形和尺寸 ，更重要的是要根据零件或工具的服役条件包括工 作环境、应力状态和载荷性质等，选用合适的材料 和热处理工艺，以保证零件或工具的正常工作。若 材料选用不当或热处理不合理，有时会造成零件的 成本较高或加工困难；有时可能使机械不能正常运 转或使设备的寿命缩短，甚至引起机械设备损坏和 人身事故。
7.1.2机械零件的选材原则
❖ 正确选材是机械零件设计的一项重要任务，它 必须使选用的材料保证零件在使用过程中具有 良好的工作能力，保证零件便于加工制造，同 时保证零件的总成本尽可能低。优异的使用性 能、良好的加工工艺性能和便宜的价格是机械 零件选材的最基本原则。
❖ 1.选材的原则 ❖ 选择材料的原则首先是要满足使用性能要求，
❖ （1）变形失效
❖ 在使用状态下，零件或工具总要受到各种载荷作用，在载荷的作用下零 件或工具都要发生不同程度的变形，不论弹性变形或塑性变形，都会造 成零件或工具尺寸和形状的改变，这就会影响到零件或工具的正确使用 位置，破坏零件或部件之间相互配合的位置和配合关系，可能使零件或 机械设备不能正常工作。
❖ ②锻压性能 常用塑性和变形抗力来综合评定。塑性好，则易成形， 加工面质量 好，不易产生裂纹；变形抗力小，金属易于充满模膛，不易于产生缺陷。通常， 碳钢比合金 钢锻压性能好，低碳钢锻压性能优于高碳钢。
❖ ③焊接性能 常用碳当量WCE 来评定。WCE＜0.4%的材料焊接性能好，不易产 生裂纹，气孔等缺陷，且焊接工艺简单，焊缝质量好。低碳钢和低合金结构钢焊 接性能良好，碳与合金元素含量越高，焊接性越差。
❖ （2）断裂失效
❖ 断裂是机械零件或工具失效的主要形式。根据零件或工具断裂前变形量 的大小和断口形状，断裂可分为脆性断裂和塑性（或韧性）断裂两种。 断裂前零件或工具几何尺寸几乎不发生变化，即没有明显的塑性变形， 断口较齐平，其断面常呈细颗粒状，这种断裂称为脆性断裂。塑性断裂 是零件或工具在断裂前产生明显的变形，即零件或工具的尺寸发生明显 的变化，一般断面减小，且断口常呈纤维特征。
❖ ①材料本身价格应低廉，特别对大批量生产的零件更应考虑价格因素。
❖ ②材料加工费用 不同材料加工工艺不同，成本相差较大。
❖ ③材料利用率 在加工中尽量采用少、无切削加工，以便有效利用材料。
❖ ④合理代用 应尽可能用廉价材料代替昂贵材料。
❖ ⑤节约稀有材料。
❖2. 选材的方法
❖ (1)以综合机械性能为主的选材
❖ b.塑性和韧性判据一般不直接用于设计计算。
❖ c.硬度与强度之间存在一定关系.
❖ ③选用材料性能判据数值应注意的问题
❖ (2)工艺性原则
❖ 工艺性原则是指所选用的材料能否保证顺利地加工制造零件。工艺性好坏，对零 件加工难易程度，生产率，生产成本影响很大。
❖ ①铸造性能 常用流动性，收缩率来综合评定。不同材料铸造性能不同，例如铸 造铝合金、铸造铜合金的铸造性能优于铸铁和铸钢，铸铁中，灰铸铁铸造性能最 好。同种材料中，成分靠近共晶点的合金铸造性能好。
❖ 知识目标： 1．了解零件的失效分析。 2．掌握零件选材的原则、方法及基本步骤. 3．掌握典型常用零件的选材及热处理。
❖ 能力目标：通过学习零件材料的选择实例，具 有合理选择毛坯（或零件）材料和成形方法的 能力。
❖ 2.零件的失效形式
❖ 机械零件的失效形式通常按失效模式和其它相应的失效机理分类主要有 变形失效、断裂失效、表面损伤失效等几种类型。
其次再考虑加工工艺性和经济性原则。
❖ (1)使用性原则 ❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。 ❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
பைடு நூலகம் (1)使用性原则
❖ ①分析零件工作条件，提出使用性能的要求。
❖ ②常用力学性能判据在选材中的作用
❖ a.屈服强度σs抗拉强度σb和疲劳强度σ-1比较 直观，通常直接用于定量的设计计算。σs用于 承受拉、压或剪切零件计算。σb可用于脆性 材料或承载简单的一般零件计算。
❖ ②腐蚀失效
❖ 腐蚀失效是由于化学或电化学腐蚀作用造成的零件或工具的失效。大多 数腐蚀都发生在表面，或从表面开始，因此被归类于表面损伤失效。
❖ ③表面疲劳失效
❖ 表面疲劳失效是相互接触的两个运动表面（特别是滚动接触），在工作 过程中承受交变接触应力的作用，使表面层材料发生疲劳破坏而脱落， 造成零件或工具的失效。
❖ 一般轴、杆、套类零件在工作时，往往同时承 受静、动载荷的作用，对这类零件的力学性能 要求是综合力学性能要好。可根据零件受力的 大小选择中碳钢或合金调质钢（如45、40Cr、 40MnB等）进行正火或调质处理。
❖ ④切削加工性能 常用允许的最高切削速度、切削力大小、加工面Ra值大小、断 屑难易程度和刀具磨损来综合评定。通常，材料硬度值在170～230HBS范围内， 切削加工性能好。
❖ ⑤热处理工艺性 常用淬透性、淬硬性、变形开裂倾向性、耐回火性和氧化脱碳 倾向性评定，通常，碳钢淬透性差，强度较低，加热时易过热，淬火时易变形开 裂，而合金钢的淬透性优于碳钢。