机械零件选材的一般原则
工程材料学第10章 选材-new
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三,失效形式 1.变形失效
弹性变形失效:构件的弹性变形程度超过了允许范围. 弹性变形失效:构件的弹性变形程度超过了允许范围. 原因: 原因: 解决方案: 解决方案: 构件刚度不足. 构件刚度不足. 选择弹性模量高的材料. 选择弹性模量高的材料.
塑性变形失效:构件上的实际工作应力超过了材料屈服强度. 塑性变形失效:构件上的实际工作应力超过了材料屈服强度. 屈服强度 原因: 原因: 解决方案: 解决方案: 屈服强度不足. 屈服强度不足. 强度不足 (1)更改原材料 (2)改变热处理工艺提高强度
二,磨床主轴实例分析
1,工作条件及性能要求 工作条件:承受: 工作条件:承受: 1)交变扭转,弯曲载荷 交变扭转, 2)一定的冲击载荷 3)摩擦. 摩擦. 失效形式: 失效形式:1)疲劳断裂; 疲劳断裂; 2)因磨损失去精度. 因磨损失去精度. 性能要求: 抗疲劳); 性能要求:好表面的强度和心部韧性 (抗疲劳); 高的表面硬度(耐磨); 高的表面硬度(耐磨); 高的尺寸稳定性(保持精度) 高的尺寸稳定性(保持精度) 2,选材及工艺 选材 根据工作条件和性能要求,拟选用中碳调质钢( 根据工作条件和性能要求,拟选用中碳调质钢(如,45,38CrMoAlA), 45,38CrMoAlA), 并在轴颈处表面处理( 并在轴颈处表面处理(如:氮化). 氮化).
工艺路线:下料 锻造 退火→粗车 调质→精车 锻造→退火 粗车→调质 精车→消除应力退火 工艺路线:下料→锻造 退火 粗车 调质 精车 消除应力退火 →喷砂 粗磨 氮化 精磨 喷砂→粗磨 氮化→精磨 喷砂 粗磨→氮化
3) 热处理工艺分析
退火:消除锻造应力,降低硬度,改善加工性. 退火:消除锻造应力,降低硬度,改善加工性. 工艺: ～ 工艺:900～920℃×3h, 退火硬度:< HB 230 ℃ , 退火硬度: 调质:整体获得高的综合力学性能,为表面氮化处理作准备. 调质:整体获得高的综合力学性能,为表面氮化处理作准备. 工艺: ～ 工艺:900～930℃+油冷+630～670℃×4h 回火 ℃ 油冷+ ～ ℃ 去应力退火: 去应力退火:消除在机械加工过程中产生的内应力和回火过程中未完全 消除的残余应力,以保证组织和外形尺寸稳定. 消除的残余应力,以保证组织和外形尺寸稳定. 氮化:为了提高表面层的硬度,同时使主轴不易变形. 氮化:为了提高表面层的硬度,同时使主轴不易变形. 工艺:560～580℃ 工艺:560～580℃ 长时间保温
浅谈机械零件制造的材料及其选择原则
浅谈机械零件制造的材料及其选择原则文章介绍了机械零件制造材料的各种力学性能、基本特性、毛坯状态以及选择材料的一般原则，适合于机械行业设计、材料检测专责工程技术人员、材料检验人员参考。
标签：黑色金属；力学性能；基本特性；选择原则引言机械零件所用的材料是多种多样的，但是金属材料，尤其是黑色金属材料，应用得最多最广。
现只就黑色金属材料的一些强度性能、基本特性、毛坯状态以及选择材料的一般原则等略加介绍。
1 黑色金属材料的力学性能及基本特性1.1 材料的强度及塑性1.1.1 黑色金属材料强度表示黑色金属材料强度的指标有：强度极限Rm、屈服极限Rel、疲劳极限Rr等。
我们知道，材料在变形过程中有无屈服现象，是划分材料为塑性或脆性的一个标准。
在材料机械性能试验时不产生屈服现象和塑性变形的，称为脆性材料；有明显屈服现象的，称为塑性材料。
材料断裂时，塑性材料和脆性材料的断口特征也是有显著的区别的。
塑性材料总是伴随着显著的屈服现象，断口高低不平、呈纤维状、发暗，断裂时力与轴线几乎成45°；但脆性材料几乎无塑性变形，断口齐平、呈结晶状、发亮。
1.1.2 衡量塑性高低的数量指标衡量塑性高低的數量指标通常有两个：延伸率A及断面收缩率Z。
延伸率愈大，试样断裂前产生的颈缩现象愈显著，因而塑性也就愈高。
同样，断面收缩率愈高的材料，塑性也就愈高。
1.1.3 影响材料强度及塑性的因素（1）温度。
手册上列出的材料强度及塑性指标的数值，都是在常温下测定出来的。
这对于绝大多数设备零件的设计来说，是足够应用的。
但是对处在高温下（通常认为工作温度约在母体金属熔点绝对温度的四分之一以上时均属高温。
钢材>450K，铝合金>570K，铜合金>350K）工作的零件；或者处于低温工作的零件，那些常温下的数据就不适用了。
在高温下，钢材性能的变化趋势是强度降低而塑性增高。
在低温下，钢材性能的变化趋势是强度增加而塑性降低。
随着温度的降低，屈服极限Rel比强度极限Rm增长得快，甚至在某一温度时可以等于强度极限Rm。
零件材料选择及毛坯成形
碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构 钢 易切削钢 合金结构钢 铬镍合金结构 钢 滚动轴承钢 弹簧钢
★仪表齿轮：板材冲压、非铁合金压力铸造。 ★大齿轮（d>500）：铸钢，铸造
2 带轮、飞轮、手轮等：受力不大，结构复杂
一般为灰铸铁铸造，单件生产时，也可采
用低碳钢焊接件。
3 模具毛坯：合金钢锻造
例子：JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
（二） 选材: 45钢或40Cr。
（三） 加工工艺路线:
下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 铣键槽 粗磨
钻中心孔
精车加工
局部淬火(锥孔及外锥体) 花键淬火 精磨
滚铣花键
例2：YJ – 130汽车半轴
一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。
碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 高速钢 铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 球墨铸铁
二.选择材料的基本过程
三.零件的失效分析 1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
结构或形状设计不合理。
材料的选择不合理。 2.原因
加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
过量变形失效
Hale Waihona Puke 过量弹性变形过量塑性变形 韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断 裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂
机械设计中材料的选择与应用
机械设计中材料的选择与应用机械设计中材料的选择与应用是一个非常重要的方面，因为材料的选择直接影响着机械产品的性能、成本和可靠性。
在机械设计中，工程师需要根据产品的使用环境、工作条件、结构要求等因素来选择合适的材料，以确保产品能够达到设计要求并具有良好的性能。
本文将从材料的选择原则、常用的机械材料及其应用等方面展开讨论。
一、材料选择原则在机械设计中，材料的选择是一个复杂而又重要的环节。
材料的选择原则主要包括：使用环境、负载条件、成本、制造工艺等因素。
在选择材料时，应该首先考虑产品所处的使用环境，包括温度、湿度、腐蚀性等因素。
不同的使用环境对材料的性能要求不同，因此需要选择能够适应特定使用环境的材料。
要考虑产品的负载条件，包括受力情况、载荷大小、运动形式等因素。
不同的负载条件需要选择不同强度、硬度和韧性的材料。
成本也是一个重要考虑因素，成本包括材料的原始成本、加工成本、使用寿命成本等。
制造工艺也需要考虑，不同材料需要不同的加工工艺，所以在选择材料时需要考虑加工的难易程度。
二、常用的机械材料及其应用1. 碳素钢：碳素钢是最常用的机械材料之一，具有良好的机械性能和加工性能。
碳素钢具有较高的强度和硬度，适用于制造要求高强度和硬度的部件，如齿轮、轴承、齿条等。
2. 不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和机械性能，适用于制造要求耐腐蚀的部件，如化工设备、食品加工设备等。
3. 铝合金：铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于制造要求轻量化和导热性能的部件，如航空器部件、汽车发动机零部件等。
三、材料的应用案例1. 航空发动机叶片航空发动机叶片是航空发动机中最重要的部件之一，需要具有良好的高温强度和抗氧化性能。
通常采用镍基合金作为叶片的材料，因为镍基合金具有良好的高温强度和抗氧化性能，能够满足航空发动机叶片的使用要求。
2. 汽车发动机曲轴3. 机床导轨。
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。
机械设计中材料的选取原则
机械设计中材料的选取原则机械的诞生，解放了生产力，成为推动社会快速进步的中坚力量。
而致力于现阶段的机械行业发展状况而言，笔者认为，很有必要在材料的选取上，再做深入研究，以期从机械材料方面，更好的推动机械行业的优化及对社会发展的促动作用。
基于此，本文主要阐述了机械设计中材料选取的意义，并就材料的选取原则进行分析，望对我国机械行业发展有所帮助。
标签：机械设计; 材料;选取引言对于机械行业而言，材料的正确选取至关重要，它不但影响着机械的质量，同时也会对机械性能的发挥产生重要影响，因此，在机械设计中，尤其在各行各业都已机械生产为主的阶段中，必须重视材料的选取，只有这样，才能以机械带动社会的发展。
一、机械设计中的选取材料的意义机械设计中材料的正确选取，不仅可以为企业节约生产成本，同时，也可以使机械零件的质量得到提升。
因此，在材料选取时，一方面保证选择适合的、实用的材料，另一方面，为了节约资源、保护环境，还要在选材的过程中充分考虑材料的经济性和环保性。
通过良好的完成机械设计材料的选择工作，从而推动机械设计行业的稳步发展。
在机械设计中首先应当选择符合设计要求的材料，然后对材料进行科学合理的运用，实现节能、环保、经济的相统一，进而全面促进我国机械设计行业的可持续发展。
因此，在新形势下，必须要提高机械设计中的选材水平，更好地做好机械设计中材料的运用，推动机械设计行业的发展。
二、机械设计中材料的选取原则1、坚持使用性的要求材料的使用性是选材时需要坚持的首要要求，这也是保证材料性能和质量的根本因素。
不同零件在选材的方面有不同的要求，一些零件对强度有很高的要求，另一些零件更加侧重于零件的耐磨性，甚至一些零件更加外观方面的美观。
因此，在选材时，要坚持根据不同零件采取不同的选材策略，准确地判断零件使用性能方面的要求，选择真正适合零件设计的机械材料。
2、选择载荷类型的材料通过大量的试验和研究，我们发现在机械设计中导致大部分零件实效的原因是由机械材料的外载荷性能所导致的，但是机械零部件具有的应用性能可以对这种问题进行有效的抑制。
机械设计基础中的材料选择
机械设计基础中的材料选择在机械设计基础中，材料选择是一个非常重要的环节。
不同的材料具有不同的特性和性能，合理选择材料可以为机械设计提供良好的基础和保障。
本文将探讨机械设计中的材料选择问题，并提供一些参考和建议。
1. 材料选择的基本原则在进行材料选择时，有一些基本的原则需要遵循。
首先是机械设计的要求，包括使用环境、工作条件、所需的力学性能等。
其次是材料的可靠性和安全性，考虑材料的强度、耐久性以及防腐性等。
最后是经济性和可操作性，考虑材料的成本和加工性能等。
2. 常见的材料选择2.1 金属材料金属材料在机械设计中应用广泛，具有较高的强度和刚度，适用于承受重载和高温环境的部件。
常见的金属材料包括钢、铝合金、铜合金等。
不同的金属材料具有不同的强度、硬度和耐腐蚀性，可以根据设计要求进行选择。
2.2 聚合物材料聚合物材料具有较轻的重量和良好的电绝缘性能，在机械设计中也有广泛的应用。
聚合物材料可以根据需要选择不同的类型，如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等。
聚合物材料的选择可基于需要的刚度、强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
2.3 复合材料复合材料是指由两种或更多种材料组合而成的复合材料。
它们的组合可以实现性能的优化。
例如，纤维增强复合材料具有较高的强度和刚度，适用于需要轻量化的部件。
复合材料的选择需要考虑不同材料的配比和制备工艺。
3. 材料选择的方法3.1 材料数据库在进行材料选择时，可以参考材料数据库，如材料手册和材料数据库软件。
这些数据库包含了各种材料的性能指标和应用范围，可以提供参考和比较。
3.2 材料评估和测试在选择材料之前，可以进行材料的评估和测试，包括实验和数值模拟。
通过材料性能测试可以得到材料的力学性能、耐蚀性等指标，有助于选择合适的材料。
4. 材料选择的案例分析以轴承的材料选择为例。
对于轴承来说，需要考虑材料的强度、耐磨性和耐腐蚀性等。
一般情况下，常用的轴承材料包括钢、铝合金、陶瓷等。
根据不同的工作条件，可以选择不同的材料进行轴承设计。
机械设计基础机械系统的工程材料选择
机械设计基础机械系统的工程材料选择机械设计基础——机械系统的工程材料选择一、引言机械设计是一门综合性较强的学科，其中一个重要的方面就是工程材料的选择。
机械系统的工程材料选择对于产品的性能、寿命以及成本有着重要的影响。
本文将探讨机械系统中工程材料选择的一些基本原则和方法，以期为机械设计提供有效的参考。
二、工程材料选择的基本原则1. 适应性原则工程材料的选择首先要适应所设计的机械系统的工作环境和工作条件。
根据机械系统的工作温度、压力、摩擦磨损情况等因素，选择能够满足要求并且具有良好适应性的材料。
2. 强度和刚度原则机械系统的工程材料需要具备足够的强度和刚度，以承受工作过程中的静态和动态载荷。
在材料的选择上，要根据机械系统的设计载荷和受力情况，选择相应的材料来保证系统的强度和刚度需求。
3. 耐热性和耐腐蚀性原则对于工作环境温度较高或有腐蚀介质存在的机械系统，工程材料的选择要考虑耐热性和耐腐蚀性。
常见的耐热材料如高温合金，而耐腐蚀材料可以选择不锈钢、耐酸碱合金等。
4. 成本原则在工程材料的选择中，需要综合考虑其价格、加工成形难度以及材料寿命等因素。
选择成本合理且具有较长使用寿命的材料，以确保机械系统的可靠性和经济性。
三、常见工程材料的选择1. 金属材料金属材料广泛应用于机械系统中，其中铸铁、钢材和铝合金是常见的金属材料。
铸铁具有良好的耐磨性和强度，适用于制造摩擦副、传动部件等。
钢材具有较高的强度和刚度，适用于制造承载部件和受力部件。
铝合金具有良好的导热性和轻质特性，适用于制造结构轻量化要求较高的部件。
2. 非金属材料非金属材料在机械系统设计中也发挥着重要的作用。
塑料材料具有重量轻、绝缘性好、耐腐蚀等特点，适用于制造绝缘部件和密封件。
复合材料由两种或两种以上的不同材料组成，具有重量轻、强度高等优势，适用于制造高强度和轻质化要求的机械部件。
3. 高温材料在具有高温环境要求的机械系统中，工程材料的选择至关重要。
零件材料选用的原则遵循哪些要素
零件材料选用的原则遵循哪些要素？1.使用性原则材料使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材料应具备的性能。
在进行材料选择时候，主要考虑以下因素。
a.零件的负载和工作情况零件的负载情况主要指载荷的大小和应力状态。
工作状况指零件所处的环境，如介质、工作温度和摩擦等。
若零件主要满足强度要求，且尺寸和重量又有所限制时，则选用强度较高的材料；若零件的接触应力较高，如齿轮和滚动轴承，则应选用可进行表面强化的材料；在高温度下工作的零件，应选用耐热材料；在腐蚀介质中的零件，应选用耐腐蚀的材料。
需要注意，在材料的各种性能指标中，如只有屈服强度或疲劳强度等一个指标作为选择材料的依据，常常不很合理。
当减轻重量也是机械设计的主要要求之一时候，则需采用综合性能指标对零件重量进行评定。
如，从减轻重量出发，比强度越大越好。
对于有加速运动的零件，由于惯性力与材料的密度成反比，它的重量指标是密度的倒数；由于铝合金的重量指标约为钢的两倍，因此，当有加速时候，铝合金、一些非金属材料和符合材料则是最合适的材料，所以活塞和高速带轮常用铝合金等来制造。
2.对零件尺寸和重量的限制零件的尺寸和重量还可能影响到材料成形方法的选择。
对小零件，就棒料切削加工而言可能是经济的，而大尺寸零件往往采用热加工成形；反过来，对利用各个方法成形的零件一般也有尺寸的限制，如采用熔模铸造和粉末冶金，一般仅限于几千克、十几千克重的零件。
3.对零件力学性能要求零件的工作条件和失效形式是复杂的，所以涉及到材料的力学性能指标时要具体问题具体分析。
a.同种材料，弱采用不同工艺，则其反应性能的数值不同。
例如，同种材料采用锻压成形比用锻造成形强度高；采用调质处理比用正火处理的力学性能沿截面分布更均匀。
b.由手册查到的性能数值都是削尺寸的光滑试样或标准试样，在规定载荷下测定的。
实践证明，这写数据不能直接表示材料制成零件后的性能。
因为实际使用的零件尺寸往往较大，尺寸增大后零件上存在缺陷的可能性增加(如孔洞、夹杂物、表面损伤等)。
机械零件设计中如何对材料进行选择
在对机械零件进行设计与制造的过程中，材料是决定产品是否合格的基础，它会对机械零件的使用性能、使用寿命以及制造成本造成一定的影响。
在现今的机械制造领域，对于零件材料的选择一般都是参考相同类型零件的用料方案。
但是这种选择方法存在一定的不严谨性。
那么，机械零件设计中如何对材料进行选择呢？1、机械零件材料的选择要满足的要求（1）使用性能要求材料在使用的过程中需要满足根本要求，不同的零件，其要求使用的性能也不同，有的零件要求高强度，而有的则要求具有较高耐磨性，有的甚至没有严格的性能要求，仅要求有华丽的外观。
因此，在选择材料的时候，首先应该了解的就是准确判断零件的基本要求。
（2）工艺性能要求材料的工艺性可以对材料本身的各种加工工艺要求进行反映。
要求材料在加工制造时可以制造出成品来，并且能便于制造，并保证质量。
（3）经济性能要求零件材料的选择需要以最小的耗费取得最大的经济效益。
在满足使用性能的前提下，选择材料还需要降低零件总成本。
材料价格：材料的价格需要占到总成本较大比重，一般在30%—70%之间。
提高材料利用率：可以用精铸、模锻、冷拉毛坯，可有效减少切削面加工材料浪费。
零件维修费：零件加工和维修的费用要尽量低。
2、机械零件材料的选择方法（1）选对材料对于产品本身的寿命周期会有一定的影响，材料的选用会对产品寿命周期成本有很大额影响。
在工程实践中，保证产品的合理功能前提下，虽然选用价格便宜的材料，可以降低寿命周期成本。
但是如果选择了成本高性能好的材料，因为产品的自重比较轻、使用寿命长、维护费用低、能源浪费少等优势。
从产品的寿命周期成本来看，经济性更好。
（2）制造方法的选择，也是材料选择中不得不考虑的一个因素。
需要将结构设计、材料选择以及可用加工方法看做一个整体，在选材的时候不仅要考虑零件的单项加工工序成本，还需要综合对加工路线所涉及的全部加工工序进行全面考虑。
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机械零件选材的一般原则
机械零件选材是制造机械时必须考虑的重要问题，它直接影响到机械
的性能和使用寿命。
正确的选材方法和原则是确保机械零件质量和性
能的关键。
下面是机械零件选材的一般原则：
1.确定机械零件的使用条件
在选材前，必须了解机械零件的使用条件。
包括工作环境、工作温度、工作压力、工作负载等。
这些条件对机械材料的选择有重要影响。
2.确定机械零件的性能要求
机械零件的性能要求包括磨损、耐久性、抗腐蚀性、耐热性等。
不同
的零件要求不同性能，必须选择适合的材料。
3.考虑机械零件与其他零件的接触
在机械零件的选择中，必须考虑与其他零件的接触情况，避免不同材
料之间的腐蚀和磨损，同时要确保接触表面的平整度和光洁度。
4.比较不同材料的优缺点
在选择材料之前，必须比较不同材料的优缺点。
包括材料的机械性能、
耐蚀性、耐热性、韧性、刚性等方面的对比评估。
5.掌握材料的加工工艺
材料的加工工艺是影响材料选择的重要因素之一。
不同材料的加工难
度和成本都不同，必须综合考虑材料加工后的成本和效益。
6.考虑材料的可靠性和供应情况
在选择材料时，必须考虑材料的可靠性和供应情况，确保选用材料的
质量和安全性，并且保证材料供应的稳定性和价格的合理性。
以上就是机械零件选材的一般原则。
选材要以材料适用性、加工工艺、可靠性和经济性为综合标准，以确保机械零件质量和使用寿命，从而
保证机械性能的可靠性和稳定性。