【正文】 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 Ch11 材料的選擇與應(yīng)用 167。1 選用材料的一般原則 167。2 零件的失效與選材 167。3 典型零件的選材與工藝 167。4 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 2023/1/14 1 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 2023/1/14 2 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 2023/1/14 3 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 2023/1/14 4 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 2023/1/14 5 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 概 述 ?材料的選擇與應(yīng)用是機械設(shè)計與制造工作中重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，自始至終地影響整個設(shè)計過程。 ?選材的核心問題是在技術(shù)和經(jīng)濟合理的前提下，保證材料的使用性能與零件（產(chǎn)品）的設(shè)計功能相適應(yīng)。 ?掌握各類工程材料的特性、正確選用材料及相宜的加工方法（路線）是對機械設(shè)計與制造工程人員（廣義地應(yīng)是對所有的從事產(chǎn)品設(shè)計與制造的技術(shù)人員）的基本要求。 2023/1/14 6 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 一、使用性能選材原則 167。1 選材的原則 ?分析零件的工作條件，確定其使用性能： ?① 受力情況： 如載荷性質(zhì)（靜載、動載、交變載荷）、形式（拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切）、分布（均勻分布、集中分布）與大小，應(yīng)力狀態(tài)； ?② 工作環(huán)境： 如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質(zhì)（有無腐蝕介質(zhì)、潤滑劑）； ?③ 其它要求： 如導(dǎo)熱性、密度與磁性等。在全面分析工作條件的基礎(chǔ)上確定零件的使用性能，如交變載荷下要求疲勞性能、沖擊載荷下工作要求韌性、酸堿等腐蝕介質(zhì)中工作則要求耐蝕性等。 2023/1/14 7 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 一、使用性能選材原則 167。1 選材的原則 2023/1/14 8 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則 ?材料的工藝性能可定義為材料經(jīng)濟地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定的使用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的內(nèi)在性能、外部質(zhì)量以及生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等。 ?材料選擇與工藝方法的確定應(yīng)同步進行，工藝性能也是選材時應(yīng)考慮的因素。 ?理想情況下，所選材料應(yīng)具有良好的工藝性能，即技術(shù)難度小、工藝簡單、能量消耗低、材料利用率高，保證甚至提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 167。1 選材的原則 2023/1/14 9 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 凡相圖上液 固相線間距越小 、越接近共晶成分的合金均具有較好的鑄造性能 。 因此鑄鐵 、 鑄造鋁合金 、 鑄造銅合金的鑄造性能優(yōu)良；在應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料中 ，鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于鑄鋼 ， 在鋼的范圍 ， 中 、低碳鋼的鑄造性能又優(yōu)于高碳鋼 ， 故高碳鋼較少用做鑄件 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 10 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 包括變形抗力，變形溫度范圍，產(chǎn)生缺陷的可能性及加熱、冷卻要求等。一般來說，鑄鐵不可壓力加工，而鋼可以壓力加工但工藝性能有較大差異，隨著鋼中碳及合金元素的含量增高，其壓力加工性能變差；故高碳鋼或高碳高合金鋼一般只進行熱壓力加工，且熱加工性能也較差，如高鉻鋼、高速鋼等；高溫合金因合金含量更高，故熱壓力加工性能更差。變形鋁合金和大多數(shù)銅合金，像低碳鋼一樣具有較好的壓力加工性能。 167。1 選材的原則 2023/1/14 11 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 鋼鐵材料的焊接性隨其碳和合金元素含量的提高而變差 ， 因此鋼比鑄鐵易于焊接 ， 且低碳鋼焊接性能最好 、 中碳鋼次之 ，高碳鋼最差 。 鋁合金 、 銅合金的焊接性能一般不好 ， 應(yīng)采用一些高級的焊接方法 （ 如氬弧焊 ） 或特殊措施進行焊接 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 12 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 主要指切削加工性和磨削加工性 ， 其中切削加工性最重要 。 一般來說材料的硬度越高 、 加工硬化能力越強 、 切屑不易斷排 、 刀具越易磨損 ， 其切削加工性能就越差 。 在鋼鐵材料中 ， 易切削鋼 、 灰鑄鐵和硬度處于 180～ 230HBS范圍 的鋼具有較好的切削加工性能；而奧氏體不銹鋼 、 高碳高合金鋼 (高鉻鋼 、 高速鋼 、 高錳耐磨鋼 )的切削加工性能較差 。 鋁 、鎂合金及部分銅合金具有優(yōu)良的切削加工性能 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 13 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（金屬材料） 必須首先區(qū)分是否可進行熱處理強化 ， 如純鋁 、 純銅 、 部分銅合金 、 單相奧氏體不銹鋼一般不可熱處理強化；對可熱處理強化的材料而言 ， 熱處理工藝性能相當(dāng)?shù)闹匾?。 167。1 選材的原則 2023/1/14 14 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（ 高分子材料 ） 高分子材料的加工工藝主要為成型加工 ， 且工藝性能良好 ， 所用工具為 成型 模 （ 其中主要為塑料模 ） ， 具體的成型方法很多 ， 如注射成型 、 吹塑成型 、 擠壓成型等；也易于進行 切削加工 ， 但因其導(dǎo)熱性能較差 ， 在切削過程中應(yīng)注意工件溫度急劇升高而導(dǎo)致的軟化 （ 熱塑性塑料 ） 和燒焦 （ 熱固性塑料 ） 現(xiàn)象 。 少數(shù)情況下 ， 高分子材料還可進行 焊接與熱處理 ， 其工藝簡單易行 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 15 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 二、工藝性能選材原則（ 陶瓷材料 ） 硬而脆且導(dǎo)熱性較差 。 根據(jù)陶瓷制品的材料 、 性能要求 、 形狀尺寸精度及生產(chǎn)率不同 ， 可選用粉漿成形 、 壓制成形 、 擠壓成形 、 可塑成形等方法 。 陶瓷材料的切削加工性能極差 ， 除極少數(shù)陶瓷外 (如氮化硼陶瓷 )， 其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷雖可磨削加工 ， 但其磨削性能也不佳 ， 且必須選用超硬材料砂輪 (如金剛石砂輪 )。 陶瓷也可進行熱處理 ，但因?qū)嵝耘c耐熱沖擊性差 ， 故加熱與冷卻時應(yīng)小心 ， 否則極易產(chǎn)生裂紋 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 16 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 三、經(jīng)濟性能選材原則 質(zhì)優(yōu) 、 價廉 、 壽命高 ， 是保證產(chǎn)品具有競爭力的重要條件；在選擇材料和制定相應(yīng)的加工工藝時 ， 應(yīng)考慮選材的經(jīng)濟性原則 。 所謂經(jīng)濟性選材原則 ， 不僅是指選擇價格最便宜的材料 、 或是生產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品 ，而是指運用價值分析的方法 ， 綜合考慮材料對產(chǎn)品的功能與成本的影響 ， 以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益 。 167。1 選材的原則 2023/1/14 17 第十一章 材料的選用 機電工程 趙華洋 三、經(jīng)濟性能選材原則（舉