选用工程材料的一般原则.ppt

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1、Ch11材料的选择与应用§1选用材料的一般原则§2零件的失效与选材§3典型零件的选材与工艺§4可持续发展战略下的材料选择2021/9/1712021/9/1722021/9/1732021/9/1742021/9/175概述材料的选择与应用是机械设计与制造工作中重要的基础环节，自始至终地影响整个设计过程。选材的核心问题是在技术和经济合理的前提下，保证材料的使用性能与零件（产品）的设计功能相适应。掌握各类工程材料的特性、正确选用材料及相宜的加工方法（路线）是对机械设计与制造工程人员（广义地应是对所有的从事产品

2、设计与制造的技术人员）的基本要求。2021/9/176一、使用性能选材原则§1选材的原则分析零件的工作条件，确定其使用性能：①受力情况：如载荷性质（静载、动载、交变载荷）、形式（拉压、弯曲、扭转、剪切）、分布（均匀分布、集中分布）与大小，应力状态；②工作环境：如温度（常温、高温、低温或变温），介质（有无腐蚀介质、润滑剂）；③其它要求：如导热性、密度与磁性等。在全面分析工作条件的基础上确定零件的使用性能，如交变载荷下要求疲劳性能、冲击载荷下工作要求韧性、酸碱等腐蚀介质中工作则要求耐蚀性等。2021/9/177

3、一、使用性能选材原则§1选材的原则2021/9/178二、工艺性能选材原则材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加工工艺而获得规定的使用性能和外形的能力，因此工艺性能影响了零件的内在性能、外部质量以及生产成本和生产效率等。材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性能也是选材时应考虑的因素。理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能，即技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利用率高，保证甚至提高产品的质量。§1选材的原则2021/9/179二、工艺性能选材原则（金属材料）1.铸造性能凡相图上液-固相线间距越小

4、、越接近共晶成分的合金均具有较好的铸造性能。因此铸铁、铸造铝合金、铸造铜合金的铸造性能优良；在应用最广泛的钢铁材料中，铸铁的铸造性能优于铸钢，在钢的范围，中、低碳钢的铸造性能又优于高碳钢，故高碳钢较少用做铸件。§1选材的原则2021/9/1710二、工艺性能选材原则（金属材料）2.压力加工性能包括变形抗力，变形温度范围，产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来说，铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工艺性能有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含量增高，其压力加工性能变差；故高碳钢或高碳高合金钢一般只进行热压

5、力加工，且热加工性能也较差，如高铬钢、高速钢等；高温合金因合金含量更高，故热压力加工性能更差。变形铝合金和大多数铜合金，像低碳钢一样具有较好的压力加工性能。§1选材的原则2021/9/1711二、工艺性能选材原则（金属材料）3.焊接性能钢铁材料的焊接性随其碳和合金元素含量的提高而变差，因此钢比铸铁易于焊接，且低碳钢焊接性能最好、中碳钢次之，高碳钢最差。铝合金、铜合金的焊接性能一般不好，应采用一些高级的焊接方法（如氩弧焊）或特殊措施进行焊接。§1选材的原则2021/9/1712二、工艺性能选材原则（金属材料）

6、4.机械加工性能主要指切削加工性和磨削加工性，其中切削加工性最重要。一般来说材料的硬度越高、加工硬化能力越强、切屑不易断排、刀具越易磨损，其切削加工性能就越差。在钢铁材料中，易切削钢、灰铸铁和硬度处于180～230HBS范围的钢具有较好的切削加工性能；而奥氏体不锈钢、高碳高合金钢(高铬钢、高速钢、高锰耐磨钢)的切削加工性能较差。铝、镁合金及部分铜合金具有优良的切削加工性能。§1选材的原则2021/9/1713二、工艺性能选材原则（金属材料）5.热处理工艺性能必须首先区分是否可进行热处理强化，如纯铝、纯铜、部

7、分铜合金、单相奥氏体不锈钢一般不可热处理强化；对可热处理强化的材料而言，热处理工艺性能相当的重要。§1选材的原则2021/9/1714二、工艺性能选材原则（高分子材料）高分子材料的加工工艺主要为成型加工，且工艺性能良好，所用工具为成型模（其中主要为塑料模），具体的成型方法很多，如注射成型、吹塑成型、挤压成型等；也易于进行切削加工，但因其导热性能较差，在切削过程中应注意工件温度急剧升高而导致的软化（热塑性塑料）和烧焦（热固性塑料）现象。少数情况下，高分子材料还可进行焊接与热处理，其工艺简单易行。§1选材的原则

8、2021/9/1715二、工艺性能选材原则（陶瓷材料）硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方法。陶瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶瓷外(如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷虽可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必须选用超硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可进行热处理，但因导热性与耐热冲击性差，故加热与冷却时应小心，否则