機(jī)械工程材料的選用

1、機(jī)械工程材料的選用機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)一班姓名邊嘉琦學(xué)號(hào)33021701004摘要：機(jī)械行業(yè)的發(fā)展為社會(huì)經(jīng)濟(jì)起著保障性的作用。機(jī)械工程中材料的合理選用有著相 當(dāng)重要的作用。文章從選材的意義、原則、步驟、方法等方面，結(jié)合實(shí)際，步步深入地 進(jìn)行了探討。希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作起到一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)、材料、性能、選材1選材的意義現(xiàn)代化的工業(yè)進(jìn)程對(duì)機(jī)械設(shè)訃行業(yè)提出了新的要求。機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是非常 重要的。合理選用機(jī)械工程材料對(duì)充分發(fā)揮工程材料本身的性能潛力，保證材料具有良 好的加工工藝性能，獲得理想的使用性能，提高產(chǎn)品零件的質(zhì)量，節(jié)省工程材料，降低 生產(chǎn)成本等方面起著重大影響。實(shí)際工作

2、中，往往山于選材不當(dāng)，使機(jī)械零件的使用性 能達(dá)不到規(guī)定的技術(shù)要求.從而導(dǎo)致機(jī)械零件在使用過(guò)程中發(fā)生早期損壞如產(chǎn)生變形、 斷裂或磨損等等，給生產(chǎn)生活造成了損失?？梢姴牧系倪x擇是機(jī)械設(shè)訃中的重點(diǎn)問(wèn)題， 材料選擇合理與否直接影響到機(jī)械設(shè)訃的質(zhì)量和功能。因此，必須加強(qiáng)機(jī)械設(shè)訃中材料 選擇的工作力度。下面就如何合理選用機(jī)械工程材料的問(wèn)題談?wù)勎覀€(gè)人的看法，提出來(lái) 與各位同仁商討。2選材的原則我們知道，選材的一般原則是：山工作條件確定使用性能的要求，這是材料選用的 基本出發(fā)點(diǎn)。其次是要考慮材料的加工工藝性。第三是要考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。力爭(zhēng)使各 項(xiàng)花費(fèi)的總和達(dá)到最低值。最終做到：“材料的使用性能足夠、工藝性能良

3、好、供應(yīng)上 能保證、經(jīng)濟(jì)性應(yīng)合理” 1K2. 1選材的一般使用原則材料的使用原則在于用所選材料制造出的機(jī)械零件能否保證其使用性能。材料的使 用性能是指機(jī)械零件在正常工作情況下材料應(yīng)具備的性能。包括力學(xué)性能和物理、化學(xué) 性能等。零件的使用性能是保證其工作安全可靠、經(jīng)久耐用的必要條件。是選材時(shí)考慮 的最主要的依據(jù)。不同零件所要求材料的使用性能是不一樣的，有的要求強(qiáng)度高，有的 要求硬度高，有的要求耐磨性高，有的無(wú)嚴(yán)格的性能要求，只需保證一定形式的外表即 可。在大多數(shù)情況下應(yīng)首先考慮零件的使用性能，對(duì)一般機(jī)械零件來(lái)說(shuō)，則要考慮其力 學(xué)性能2。對(duì)非金屬材料制成的零件還應(yīng)注意其工作環(huán)境，因?yàn)榉墙饘俨牧蠈?duì)溫

4、度、 光、水、油等的敬感程度比金屬材料大的多。2. 2選材的工藝性原則工藝性原則是指所選用的材料能否保證順利地加工制造成零件。例如某些材料僅從 零件的使用要求來(lái)看是完全合適的，但無(wú)法加工制造或加1:制造很困難，成本很高，這 些都屬于工藝性不好。因此，材料工藝性能的好壞，在決定零件加工的難易程度、生產(chǎn) 效率、生產(chǎn)成本等方面起著十分重要的作用，是選材時(shí)必須同時(shí)考慮的另一個(gè)重要因素。2. 3選材的經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則是指所選用的材料加工成零件后能否做到成本低廉，價(jià)格便宜。從選材 的經(jīng)濟(jì)性原則考慮，應(yīng)盡可能選用貨源充足、價(jià)格低廉、加工方便、總成本低的材料。 一般來(lái)講在滿足零件使用性能的前提下，盡量?jī)?yōu)先

5、選用廉價(jià)的材料，能用碳素鋼的，不 用合金鋼：能用低合金鋼的不用高合金鋼；能用鋼的就不用有色金屬。此外，考慮經(jīng)濟(jì) 性要從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)出發(fā)，不能僅看眼前利益。一些暫時(shí)看起來(lái)成本費(fèi)用高的材料，山于其 使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用少，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，經(jīng)濟(jì)效益還是好的。如高速柴油機(jī)曲 柄、連桿等零件，其質(zhì)量好壞會(huì)直接影響整臺(tái)機(jī)器的壽命，一旦該零件失效，將造成整 臺(tái)機(jī)器的損壞事故，因此為了提高這類零件的使用壽命，即使材料價(jià)格和制造成本較高, 而綜合來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)性仍然是合理的3。還須注意，在選用高分子材料時(shí)，除考慮上 述三項(xiàng)原則外，還應(yīng)著重考慮在使用條件下，周圍環(huán)境（如溫度、水、氧、光、油等） 對(duì)其性能的影響。3選

6、材的步驟機(jī)械工程材料的選擇是一項(xiàng)十分重要乂復(fù)朵繁瑣的工作。其基本步驟如下。（1）分析零件對(duì)所選材料的性能要求及失效分析，包括分析零件的工作條件，零件 的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算等。（2）對(duì)可供選擇的材料進(jìn)行篩選，現(xiàn)代工程材料分為金屬材料、陶瓷材料、高分子 材料和復(fù)合材料四大類。把所有的工程材料都當(dāng)作選擇對(duì)象，根據(jù)材料的性能要求進(jìn)行 篩選。（3）對(duì)可供選擇的材料進(jìn)行評(píng)價(jià)。（4）最佳材料的決定。（5）零件所選材料的實(shí)際驗(yàn)證。4選材的方法機(jī)械制造中零件的種類較多，性能要求不一，而滿足這些零件性能要求的材料也多。 每種材料都有各自的特點(diǎn)，比較看來(lái)，金屬材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，因此常被廣 泛使用。下面

7、通過(guò)對(duì)兒種典型零件的淺析來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明合理選材的方法。（1）機(jī)床齒輪。作為機(jī)床齒輪，主要要求疲勞強(qiáng)度，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度，要求有 較高的耐磨性，足夠的沖擊韌性，以及良好的切削加工性。如果采用中碳鋼表面淬火到 低溫回火，可以滿足要求：采用低碳鋼經(jīng)滲碳后淬火到低溫回火，也能滿足性能要求。 當(dāng)然若采用38CrMoAl經(jīng)氮化處理，制作機(jī)床齒輪，往往也足以滿足使用要求。比較以 上三種選材和加工工藝方式，考慮其經(jīng)濟(jì)性。釆用高頻表面淬火工藝是最便宜的，其次 采用滲碳匸藝，而氮化工藝是最貴的。（2）軸類零件。軸類零件在機(jī)械工程中應(yīng)用也很廣泛。對(duì)于軸的材料要滿足剛度、 強(qiáng)度、耐磨性及耐腐蝕性等方面的使用要求，軸的

8、材料最常采用的是碳素鋼和合金鋼。 而碳素鋼比合金鋼價(jià)格低，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，同時(shí)還可以通過(guò)熱處理方法提高其 耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，具有較高的綜合力學(xué)性能。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能 和淬透性好，但價(jià)格較貴，對(duì)應(yīng)力集中較敬感。通過(guò)比較，一般軸的材料選用45鋼， 不重要或受力較小的軸，釆用Q235、Q255等普通碳素鋼。對(duì)于傳遞大動(dòng)力，并要求重 量輕、尺寸小耐磨性高或一些特殊條件下使用的軸，可選用20Cr、20CrMnTi等低碳合 金鋼。（3）機(jī)體類零件。機(jī)體類零件是機(jī)器的基礎(chǔ)件，機(jī)器上許多零部件都是裝在機(jī)體上 的，有的部件還在機(jī)體的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。因此機(jī)體是整臺(tái)機(jī)器的裝配和調(diào)整基準(zhǔn)，機(jī)器各

9、部件的相互位置精度，以及一些部件的運(yùn)動(dòng)精度，都和機(jī)體本身的精度有直接的關(guān)系4。各種機(jī)體零件由于功用不同，結(jié)構(gòu)形狀往往差別較大，但結(jié)構(gòu)上仍有一些共同特 點(diǎn)，例如輪廓尺寸較大、重量較大、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜及剛性較差。主要加工表面為一些固 定連接各部件的平面，精度要求較高的孔和作為有些部件運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的導(dǎo)軌面等。綜合考 慮，機(jī)體最常用的材料為灰鑄鐵，其優(yōu)點(diǎn)是容易制造形狀復(fù)雜的機(jī)體，成本較低，抗振 性及切削性能均好。例如，銃床的床身，刨床、鎮(zhèn)床的立柱以及多種拖拉機(jī)、柴油機(jī)的 汽缸體均采用這種材料制成。有時(shí)為了滿足制造周期短的要求，也有用鋼板焊接而成的 機(jī)體。（4）箱體類零件。常見的箱體類零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工的表面多，要求高，機(jī)械 加工的工作量大。箱體的結(jié)構(gòu)和材料的選擇，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率都有重要意義5。山于鑄鐵容易成形、切削性能好、價(jià)格低廉、吸振性和耐磨性 也較好。因此，箱體零件材料大都采用鑄鐵。在某些特定的條