【正文】 章 材料的選用 機(jī)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 。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。1 選材的原則 2023/1/14 10 第十一章 材料的選用 機(jī)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。 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。 ?材料選擇與工藝方法的確定應(yīng)同步進(jìn)行，工藝性能也是選材時應(yīng)考慮的因素。 2023/1/14 7 第十一章 材料的選用 機(jī)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。 ?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(jī)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。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(jī)電工程 趙華洋 2023/1/14 2 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 2023/1/14 3 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 2023/1/14 4 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 2023/1/14 5 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 概 述 ?材料的選擇與應(yīng)用是機(jī)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。2 零件的失效與選材 167。第十一章 材料的選用 機(jī)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。3 典型零件的選材與工藝 167。 ?選材的核心問題是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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)。 2023/1/14 6 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、使用性能選材原則 167。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。1 選材的原則 2023/1/14 8 第十一章 材料的選用 機(jī)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(jì)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。 ?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。1 選材的原則 2023/1/14 9 第十一章 材料的選用 機(jī)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 。 167。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(jìn)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。 167。 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(jìn)行焊接 。1 選材的原則 2023/1/14 12 第十一章 材料的選用 機(jī)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 。 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 。 167。 167。 少數(shù)情況下 ， 高分子材料還可進(jìn)行 焊接與熱處理 ， 其工藝簡單易行 。1 選材的原則 2023/1/14 15 第十一章 材料的選用 機(jī)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 。 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 )。 167。 所謂經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jì)效益 。1 選材的原則 2023/1/14 17 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 三、經(jīng)濟(jì)性能選材原則（舉例） 價值工程原理：價值 =功能 /成本 Q235 A不銹鋼 F不銹鋼 價格 /使用年限 5000元 /年 40000元 /10年 15000元 /6年 年成本 /材料損耗 5000 4000 2500 3000元 /停產(chǎn)損失 8000 4300 3000 30000元 /停產(chǎn)損失 35000 7000 7500 ？？？ 167。2 零件的失效與 選材 在使用過程中 ， 因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計功能 ， 使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象即稱為 失效 。 2023/1/14 19 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、失效形式 167。 對于功能材料 ，物理性能降級是其主要失效形式 ， 但也存在斷裂與腐蝕 、 磨損等問題 。2 零件的失效與 選材 2023/1/14 21 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 三、失效原因 167。3 典型零件選材與工藝分析 金屬材料 、 高分子材料 、 陶瓷材料及復(fù)合材料是目前最主要的四大類工程材料 。 但由于其原料豐富 、 生產(chǎn)能耗較低 （ 為鋼的 1/ 鋁的 1/20） ， 密度低 、 彈性較好且減振 、耐磨 ， 故適合于制造受力不大的普通結(jié)構(gòu)件及減振 、耐磨或密封零件 ， 如輕載傳動齒輪 、 軸承 、 緊固件 、密封件和輪胎等 。3 典型零件選材與工藝分析 陶瓷材料 硬而脆 、 加工性能差 ， 也不能用作重要的受力零件；目前主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑陶瓷和功能材料 。 由于陶瓷功能材料具有極其廣闊的應(yīng)用前景 ， 在高新技術(shù)產(chǎn)品中占據(jù)重要地位 ， 故有人認(rèn)為 21世紀(jì)是 “ 第二個石器時代 ” 。 2023/1/14 24 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程