材料选择概述

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1、（一）使用性能原则•…首要原则1.分析零件的工作条件•首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载荷引起的应力分布。i载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。ii计算应力是确定材料使用性能的数量依据。•考虑零件的工作环境：环境因素会与零件的力学状态综合作用，提出更为复杂的性能要求。•最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。受力状况载荷的类型（如静载、动载、循环载荷或单调载荷等），载荷的作用形式（如拉伸、压缩、弯曲或扭转等），载荷的大小以及分布特点（如均布载荷或集中载荷）。环境状况温度（如低温、高温

2、、常温或变温）及介质情况（如有无腐蚀或摩擦作用）。特殊功能导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。2.进行失效分析失效抗力取决于材料的性能，对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。几种常用零件的工作条件和失效形式1零件工作条件常用失效形式性能要求应力种类载荷性质受载状态螺栓拉、剪静载过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯、扭循环，冲击轴颈摩擦疲劳断裂，过量变形，轴颈磨损综合力学性能传动齿轮压、弯循环,冲击摩擦，振动断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳表面高强度及疲劳极限，心部强度及韧性弹簧扭、

3、弯交变，冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限3•零件性能要求的指标化将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能指标（如强度、韧性、塑性、硬度等）；再根据工作应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。（1）受力状况不同，设计依据的性能指标、计算公式不同。例如:。W[o]=os/k屈服强度纯剪纯拉载荷—弯曲和扭转载荷（2）应综合考虑塑性、韧性和强度指标，并加以合理的配合。•蜩性、韧性过剩而降低零件寿命。例如用35CrMo制造的10t模锻锤锤杆调质处理（高塑性、韧性一一承受较大的冲击载

4、荷）—-疲劳断裂淬火+中温回火（表面硬度提高）一寿命提高3〜20倍以上。•追求强度越高越好，贸然将零件置于低应力脆断的危险中。例如高周疲劳断裂材料的强度在°b<1400MPa范围内强度越高,疲劳强度亦高若材料的强度在ob>1400Mpa范围—疲劳寿命随强度的增加反而降低在利用具体性能指标进行选材时，必须注意实验室指标、手册性能数据、经验关系式的局限性。中碳钢（0.4%C）不同尺寸毛坯的力学性能热处理条件毛坯尺寸/mm。b/MPa8/%Ak/J850淬火580016120307501580500冋火507

5、0015561006001340（-）工艺性能原则：1.金属材料的工艺性能图11T金属零件的加工工艺路线性能、质量要求不高的零件毛坯一-正火或退火一-切削加工一-零件。如铸铁或碳钢，只要注意采用适宜的毛坏制造方法，其工艺性能均能满足耍求。性能要求较高的零件（如轴、齿轮等）毛坯一-预先热处理（止火、退火）一-粗加工一-最终热处理（淬火十回火,固溶时效，渗碳处理等）一-精加工一-零件。金属零件用材多为碳钢、合金钢、高强铝合金等，其中有些材料的加工性能存在问题，因此选材时应注意对其工艺性能的分析。性能和质量要

6、求极高的零件（如精密丝杠）毛坯一~预先热处理（正火、退火）一-粗加工一-最终热处理（淬火+低温回火，固溶时效或渗碳）一-半精加工一-稳定化处理（或氮化）一-精加工一->稳定化处理一-零件。加工路线复杂，加工精度和质量要求高，在选材时应务必保证材料的工艺性能。2.高分了材料的工艺性能图11-2高分子材料的加工工艺路线表11-7高分子材料主要成形工艺特点工艺适用材料形状表面光洁度尺寸精度模具费用生产率热压成形范围较广复杂形状很好好高中等喷射成形热塑性塑料复朵形状很好非常好很高高热挤成形热塑性塑料棒类好—般低

7、高真空成形热塑性塑料棒类一般一般低低1.陶瓷材料的工艺性能成形后，受陶瓷加工性能的局限，除了可以用碳化硅或金刚石砂轮磨削加工外，几乎不能进行任何其它加工。因此陶瓷材料的应用在很大程度上也受其加工性能的限制。图11-3陶瓷材料的加工工艺路线表11-8陶瓷材料成形工艺的比较工艺优点缺点粉浆成形可做形状复杂件、薄壁件，成本低收缩大，尺寸精度低，生产率低压制成形可做形状复杂件，有高密度和高强度，精度较高设备较复杂，成木高挤压成形成本低，生产率高不能做薄壁件，形状要对称可塑成形尺寸精度高，可做形状复杂件成本高（三

8、）经济性原则棗根本原则产品成木与性能的关系：图11-4产品成本分析1.基木材料的成木材料的价格在产甜的总成木屮占有较大的份额（30〜70%）o•选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段Z-；•捉高材料的利用程度，降低制造过程中的材料消耗量（我国钢材利用率平均为65%,而美国达到80%）o常见工程材料价格材料价格（美元/t）材料价格（美元/t）钠26,000,000工业金刚石900,000,000金19,100,000硼一环氧树脂复合材料3